(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống hồ nuôi thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỒ NUÔI THUỶ SẢN

GVHD: NGUYỄN NGÔ LÂM
SVTH : VÕ QUANG LONG
MSSV: 14141176
SVTH : NGUYỄN PHÚ VĂN
MSSV: 14141583

SKL 0 0 5 4 2 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2019

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỒ NUÔI THUỶ SẢN

SVTH :VÕ QUANG LONG
MSSV: 14141176

SVTH : NGUYỄN PHÚ VĂN
MSSV: 14141583
Ngành : Công nghệ kĩ thuật điện tử - truyền thơng
GVHD: ThS. NGUYỄN NGƠ LÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019
i

do an


TRYING I H SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌCKHOA
SƯ PHẠM
THUẬTTHÀNH
ĐÀO KỸ
TẠO
CHẤT LƯỢNGPHỐ
CAOHỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỒ NUÔI TÔM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH
:VÕ
QUANG

LONGHỒ NUÔI THUỶ SẢN
THIẾT
KẾ
HỆ
THỐNG
MSSV: 14141176
SVTH : NGUYỄN PHÚ VĂN
MSSV: 14141583
SVTH :VÕ QUANG LONG
Ngành :Công nghệ kĩ thuật điện tử - truyền thơng
MSSV: 14141176
GVHD:ThS. NGUYỄN NGƠ LÂM
SVTH : NGUYỄN PHÚ VĂN
MSSV: 14141583
Ngành : Công nghệ kĩ thuật điện tử - truyền thơng
GVHD: ThS. NGUYỄN NGƠ LÂM
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019
ii

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

Võ Quang Long

MSSV: 14141176

Nguyễn Phú Văn

MSSV: 14141583

Ngành: Điện tử viễn thông

Lớp: 14141CLVT

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm

ĐT: 0166 839 6136

Ngày nhận đề tài:23/09/2018

Ngày nộp đề tài: 15/01/2019

1. Tên đề tài : Thiết kế hệ thống hồ nuôi thuỷ sản.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Đồ án môn học 1, đồ án môn học 2, đồ án tốt nghiệp
khóa trước.
3. Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế và xây dựng hệ thống hồ nuôi thuỷ sản. Giám
sát các thông số của hệ thống và điều khiển hoạt động của hệ thống qua Web
Server.
4. Sản phẩm: Mơ hình hệ thống hồ ni thuỷ sản được giám sát và điều khiển qua

mạng Internet.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Võ Quang Long
MSSV: 14141176
Nguyễn Phú Văn
MSSV: 14141583
Ngành: Điện tử viễn thông.
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống hồ nuôi thuỷ sản.
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
….………………………………………………………………………………
…………………………………………………………….……………………
………………………………………………………………………………….
2. Ưu điểm:
….………………………………………………………………………………
…………………………………………………………….……………………

………………………………………………………………………………….
3. Khuyết điểm:
…………………………………………………………….……………………
………………………………………………………………………………….
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
…………………………………………………………….…………………….
5. Đánh giá loại:
…………………………………………………………….…………………….
6. Điểm:……………………(Bằng chữ:……………………………………………)
…………………………………………………………….…………………….
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn

ii

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Võ Quang Long
MSSV: 14141176
Nguyễn Phú Văn
MSSV: 14141583
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống hồ nuôi thuỷ sản.
Họ và tên Giáo viên phản biện: ............................................................................

...............................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
….………………………………………………………………………………
…………………………………………………………….……………………
………………………………………………………………………………….
2. Ưu điểm:
….………………………………………………………………………………
…………………………………………………………….……………………
………………………………………………………………………………….
3. Khuyết điểm:
…………………………………………………………….……………………
………………………………………………………………………………….
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
…………………………………………………………….…………………….
5. Đánh giá loại:
…………………………………………………………….…………………….
6. Điểm:……………………(Bằng chữ:…………………………………………….)
…………………………………………………………….…………………….
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2019
Giáo viên phản biện

iii

do an


LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Ngô Lâm –
Giảng viên Bộ môn Điện tử Viễn Thông đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ

bảo, tạo điều kiện cho tụi em hồn thành đồ án này.
Bên cạnh đó, nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các quý Thầy
Cô trong trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh và khoa
Đào Tạo Chất Lượng Cao đã truyền đạt những kiến thức quý báu, tạo dựng nền
móng đầu tiên cho nhóm thực hiện có cơ sở cũng như nền tảng kiến thức cần thiết
để nhóm em hồn thành tốt đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp cũng như định hướng nghề
nghiệp tương lai sau này.
Nhóm thực hiện cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý phụ huynh, cùng
các bạn đã luôn hỗ trợ về tinh thần và vật chất.
Xin chân thành cảm ơn!

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

iv

do an


LỜI NÓI ĐẦU
Sở hữu đường bờ biển dài 3,260 km và khu đặc quyền kinh tế với diện tích 1
triệu km vuông, Việt Nam là một đất nước đầy tiềm năng để phát triển ngành nuôi
trồng và đánh bắt thủy hải sản. Đây là quốc gia sở hữu nhiều chủng loại thủy sản đa
dạng được phân bố dựa trên sự khác biệt về đặc điểm địa lý và về khí hậu
Song song với đó, cơng nghệ cũng phát triển khơng ngừng đòi hỏi nhu cầu ứng
dụng vào mọi lĩnh vực đặc biệt là nông nghiệp truyền thống nhằm giảm lao động,
tăng năng suất… đem lại hiệu quả cao cho nền nơng nghiệp trong thời kì mới. Trên
thế giới, cơng nghệ 4.0 đã và đang được thúc đẩy áp dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực
nông nghiệp- thủy sản tại các nước như Isreal, châu Mỹ, châu Âu, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Thái Lan,....Tại Việt Nam, công nghệ 4.0 đã được nghiên cứu, ứng dụng
trong những năm gần đây và tạo ra những giá trị rõ rệt cho ngành trồng trọt, chăn

nuôi, thủy sản.
Nghề ni tơm ở nước ta mang lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế nước nhà.
Nhưng thực tế những năm qua các vùng nuôi tôm đang gặp phải khó khăn lớn là
nạn tơm bị chết hàng loạt, nhiều nơi khơng những khơng thu được vốn mà cịn thua
lỗ, năng suất tôm đáp ứng cho thị trường trong nước và nước ngồi giảm xuống. Có
nhiều ngun nhân dẫn đến tình trạng đó, do sự phát triển của nhiều ngành cơng
nghiệp, thâm canh nơng nghiệp đã có tác động xấu đến nguồn nước nuôi tôm; điều
quan trọng hơn là do sự thiếu qua tâm của người nuôi đến việc xử lý nước thải sau
mỗi vụ nuôi làm ảnh hưởng đến vụ ni sau. Ơ nhiễm nước gây ra hậu quả nặng nề
nên cần có những thiết bị theo dõi thơng số môi trường nước để đưa ra các quyết
định về việc ni trồng hoặc tưới tiêu. Chính vì thế, nhóm lựa chọn đề tài THIẾT
KẾ HỆ THỐNG HỒ NUÔI THUỶ SẢN nhằm giám sát vàcập nhật liên tục các
thông số độ pH, độ đục của nước, nhiệt độ, mực nước dao động để người dùng có
thể theo dõi liên tục mơi trường nước, có thể áp dụng vào ni trồng thủy sản. Bên
cạnh đó hệ thống cũng tự động hóa các vấn đề như bơm, xả nước theo yêu cầu kĩ
thuật của việc ni trồng.
Bên cạnh việc kiểm sốt các thông số về môi trường là những thông số ảnh
hưởng trực tiếp đến hồ nuôi tôm, việc giám sát hoạt động của hệ thống là rất cần
thiết nhằm đưa ra cảnh báo kịp thời thơng qua đèn báo tín hiệu, điều khiển hệ thống
hoạt động một cách hiệu quả nhất nhờ vào hệ thống mạng Internet.
Thông số sẽ được lưu trữ lại để người dùng tham khảo và có biện pháp theo
dõi lâu dài nhằm đưa ra phương án xử lý thích hợp và điều chỉnh cho hợp lý.

v

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................ I

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................... II
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................ III
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. IV
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. V
MỤC LỤC ....................................................................................................... VI
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. X
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................. XI
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................... XII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY ......................... 1
1.1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................... 1
1.1.2. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................... 1
1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ................................................................................. 2
1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................... 2
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 2
1.5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN ...................................................................................... 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4
2.1. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI ........... 4
2.1.1. Chuẩn giao tiếp UART ....................................................................... 4
2.1.2. Chuẩn 1-Wire ..................................................................................... 5
2.1.3. Chuẩn I2C ........................................................................................... 6
2.2. KIT ARDUINO MEGA 2560 .................................................................. 7
2.2.1. Sơ lược về Arduino ............................................................................ 7
2.2.2. Cấu trúc của Arduino Mega 2560 R3................................................. 9
2.2.3. Phương thức lập trình cho Arduino Mega 2560 R3 ......................... 10
vi

do an

2.3. NODE MCU ........................................................................................... 11
2.3.1. Giới thiệu ESP8266 .......................................................................... 11
2.3.2. Thông số kỹ thuật ............................................................................. 12
2.3.3. Chức năng của module ESP8266 ..................................................... 12
2.3.4. NodeMCU v1.0 ................................................................................ 13
2.4. MẠCH THỜI GIAN THỰC RTC DS 1307 ........................................... 14
2.5. LCD HIỂN THỊ ...................................................................................... 15
2.5.1. Giới thiệu về LCD ............................................................................ 15
2.5.2. Sơ đồ chân ........................................................................................ 16
2.5.3. Các lệnh điều khiển .......................................................................... 17
2.5.4. Module I2C giao tiếp với LCD ......................................................... 19
2.6. MUDULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N ........................................ 20
2.6.1. Giới thiệu .......................................................................................... 20
2.6.2. Thông số kỹ thuật ............................................................................. 21
2.7. MODULE RELAY ................................................................................. 21
2.7.1. Giới thiệu .......................................................................................... 21
2.7.2. Thông số kỹ thuật ............................................................................. 21
2.8. ĐO ĐỘ PH .............................................................................................. 22
2.8.1. Giới thiệu về độ pH .......................................................................... 22
2.8.2. Phương pháp đo độ pH bằng điện cực ............................................. 23
2.8.3. Nguyên lý đo pH : ............................................................................ 24
2.8.4. Cảm biến pH DFRobot ..................................................................... 24
2.9. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ......................................................................... 26
2.9.1. Đặc tính kỹ thuật .............................................................................. 26
2.9.2. Sơ đồ khối của cảm biến nhiệt DS18B20......................................... 27
2.9.3. Hoạt động của cảm biến nhiệt DS18B20 ......................................... 27
2.9.4. Thanh ghi định cấu hình của cảm biến DS18B20 ............................ 29
vii

do an

2.9.5. Cấp nguồn cho cảm biến DS18B20 ................................................. 30
2.10. CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 ......................................................... 30
2.10.1. Giới thiệu về sóng siêu âm ............................................................. 30
2.10.2. Thông số kỹ thuật của SRF04 ........................................................ 31
2.10.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ..................................................... 31
2.11. CẢM BIẾN ĐỘ ĐỤC ........................................................................... 32
2.11.1. Giới thiệu về cảm biến độ đục........................................................ 32
2.11.2. Chức năng các chân của Cảm biến độ đục ..................................... 32
2.12. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG WEB SERVER ................................. 33
2.12.1. Phần mềm hỗ trợ lập trình Web Server .......................................... 33
2.12.2. Ngôn ngữ HTML............................................................................ 35
2.12.3. Ngôn ngữ PHP................................................................................ 38
2.12.4. Giao thức HTTP ............................................................................. 40
2.12.5. Ngôn ngữ CSS ................................................................................ 41
2.12.6. Cơ sở dữ liệu MySQL .................................................................... 43
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
ĐIỀU KHIỂN HỒ NUÔI THUỷ SảN .................................................................... 46
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG .................................................................... 46
3.1.1. Yêu cầu của hệ thống ....................................................................... 46
3.1.2. Sơ đồ khối và chức năng từng khối .................................................. 47
3.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ...................................................................... 48
3.2.1. Khối xử lí trung tâm ......................................................................... 48
3.2.2. Khối cảm biến nhiệt độ .................................................................... 50
3.2.3. Khối cảm biến đo mực nước ............................................................ 50
3.2.4. Khối hiển thị ..................................................................................... 51
3.2.5. Khối thời gian thực ds1307 .............................................................. 52
3.2.6. Khối cảm biến pH............................................................................. 53
3.2.7. Khối cảm biến độ đục....................................................................... 53

viii

do an


3.2.8. Module Relay ................................................................................... 53
3.2.9. Khối động cơ .................................................................................... 54
3.2.10. Khối wifi......................................................................................... 56
3.2.11. Khối nguồn ..................................................................................... 57
3.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ........................................................................ 58
3.3.1. Yêu cầu của phần mềm .................................................................... 58
3.3.2. Lưu đồ giải thuật của hệ thống ......................................................... 58
3.3.3. Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến ............................................. 59
3.3.4. Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ bơm, và van xả ..................... 60
3.3.5. Web server ........................................................................................ 60
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN......................................................... 66
4.1. KẾT QUẢ PHẦN CỨNG ...................................................................... 66
4.2. KẾT QUẢ PHẦN MỀM ........................................................................ 67
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................ 70
5.1. KẾT LUẬN............................................................................................. 70
5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 71
PHỤ LỤC: BẢNG THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG TÔM SÚ ........................ 72

ix

do an


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC

Analog Digital Converter

Chuyển đổi tín hiệu tương
tự sang tín hiệu số

COM

Common

Chung

HTML

Hyper Text Markup Language

Ngơn ngữ đánh dấu siêu
văn bản

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn
bản

Integrated Circuit

Mạch tích hợp

IntegratedDevelopment
Environment

Mơi trường phát triển tích
hợp

Input/output

Ngõ vào/ ngõ ra

IC
IDE
I/O
UART

Universal Asynchronous Receiver Truyền dữ liệu nối tiếp
- Transmitter
bất đồng bộ
Inter-Integrated Circuit

Vi mạch tích hợp truyền
thơng nối tiếp

SDA

Serial Data Line

Đường truyền dữ liệu

SCL

Serial Clock Line

Đườngtruyền xungclock

NO

Normally pen

Thường mở

NC

Normally Closed

Thường đóng

Liquid Crystal Diplay

Màn hình tinh thể lỏng

I2 C

LCD

x

do an

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 : Cách vào chế độ Boot của NodeMCU [3] ...................................... 13
Bảng 2-2 : Các chân và chức năng chân của LCD .......................................... 17
Bảng 2-3 : Các mã lệnh trong LCD .................................................................. 18
Bảng 2-4 : Bảng giá trị pH của một số dung dịch. ........................................... 22
Bảng 2-5 : Giá trị độ pH dựa vào điện áp ........................................................ 25
Bảng 2-6 : Bảng độ phân giải và thời gian chuyển đổi .................................... 30
Bảng 2-7 : Code lồng PHP vào HTML ............................................................. 38
Bảng 2-8 : Một đoạn mã PHP .......................................................................... 38
Bảng 2-9 : Tạo mảng trên PHP ........................................................................ 39
Bảng 2-10 : Cú pháp vòng lặp while ................................................................ 39
Bảng 2-11 : Cấu trúc cơ bản của CSS ............................................................. 41
Bảng 2-12 : Đặt các định dạng vào trong CSS ................................................. 42
Bảng 2-13 : Nội dung tập tin CSS ..................................................................... 43
Bảng 2-14 : Tập tin sau khi nhúng .................................................................... 43

Bảng 3-1 : Thông số hoạt động của khối động cơ ............................................ 56

xi

do an


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2-1 : Truyền dữ liệu UART......................................................................... 4
Hình 2-2 : Sơ đồ kết nối trong truyền 1-Wire ..................................................... 6
Hình 2-3 : Một số Kit Arduino phổ biến hiện nay .............................................. 7
Hình 2-4 : Sơ đồ cấu trúc chân của Arduino Mega 2560 R3 ............................. 9

Hình 2-5 : Giao diện Arduino IDE ................................................................... 11
Hình 2-6 : Module truyền nhận Wifi ESP8266 [2] ........................................... 11
Hình 2-7 : Sơ đồ chân board NodeMCU v1.0 .................................................. 14
Hình 2-8 : Ảnh thực tế mạch thời gian ds1307 ................................................. 14
Hình 2-9 : Mạch thời gian ds1307 ................................................................... 15
Hình 2-10 : Ảnh thực tế LCD 20x4 ................................................................... 16
Hình 2-11 : Dạng sóng các tín hiệu khi thực hiện ghi dữ liệu vào LCD .......... 19
Hình 2-12 : Module I2C giao tiếp với LCD ...................................................... 20
Hình 2-13 : Module L298N ............................................................................... 20
Hình 2-14 : Module Relay [5] ........................................................................... 21
Hình 2-15 : Cấu tạo điện cực pH thủy tinh....................................................... 23
Hình 2-16 : Nguyên lý đo pH ............................................................................ 24
Hình 2-17 : Cảm biến pH DFRobot .................................................................. 25
Hình 2-18 : : Ảnh thực tế DS18B20 .................................................................. 26
Hình 2-19 : Sơ đồ khối DS18B20 ...................................................................... 27
Hình 2-20 : Cấu trúc 2 thanh ghi lưu nhiệt độ của cảm biến nhiệt DS18B20.. 28
Hình 2-21 : Cấu trúc bộ nhớ Rom của DS18B20 ............................................. 29
Hình 2-22 : Byte thanh ghi điều khiển của cảm biến DS18B20 ....................... 29
Hình 2-23 : Sơ đồ cấp nguồn cho cảm biến DS18B20 ..................................... 30
Hình 2-24 : Ảnh thực tế HC-SR04 .................................................................... 31
Hình 2-25 : Nguyên lý hoạt động của SRF04 ................................................... 32
Hình 2-26 : Cảm biến đo độ đục của nước ....................................................... 33
Hình 2-27 : Giao diện của XAMPP .................................................................. 34
Hình 2-28 : Giao diện phần mềm soạn thảo ..................................................... 35
xii

do an


Hình 3-1 : Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... 47

Hình 3-2: Sơ đồ ngun lý tồn mạch ............................................................... 49
Hình 3-3: Kết nối cảm biến nhiệt độ DS18B20 với bộ xử lý trung tâm ............ 50
Hình 3-4: Kết nối cảm biến siêu âm SRF04 với bộ xử lý trung tâm ................. 51
Hình 3-5: Kết nối LCD và Module I2C với bộ xử lý trung tâm ........................ 52
Hình 3-6: Kết nối mạch thời gian thực ds1307 với bộ xử lý trung tâm ............ 52
Hình 3-7: Kết nối cảm biến pH với bộ xử lý trung tâm .................................... 53
Hình 3-8: Kết nối cảm biến độ đục với bộ xử lý trung tâm .............................. 53
Hình 3-9: Kết nối Relay với bộ xử lý trung tâm và động cơ bơm ..................... 54
Hình 3-10: Động cơ bơm nước ......................................................................... 55
Hình 3-11: Động cơ quạt .................................................................................. 55
Hình 3-12: Van xả điện tử ................................................................................. 55
Hình 3-13: Kết nối board NodeMCU với bộ xử lý trung tâm ........................... 57
Hình 3-14: Sơ đồ khối nguồn ............................................................................ 57
Hình 3-15 : Lưu đồ giải thuật của bộ xử lý trung tâm ...................................... 58
Hình 3-16 : Lưu đồ giải thuật cảm biến SRF04 ................................................ 59
Hình 3-17 : Lưu đồ điều khiển động cơ bơm .................................................... 60
Hình 3-18: Các mã nguồn của trang web được lưu trữ tại 000webhost .......... 61
Hình 3-19: Các mã nguồn của trang web được lưu trữ tại 000webhost .......... 61
Hình 3-20: Cấu trúc cơ bản của website .......................................................... 62
Hình 3-21: Lưu đồ thuật tốn của website ....................................................... 62
Hình 3-22: Hiển thị thông số cảm biến 2 khu vực ............................................ 63
Hình 3-23: Hiển thị biểu đồ và thơng số chi tiết khu vực được chọn ............... 64
Hình 3-24: Cấu trúc CSDL ............................................................................... 65

Hình 4-1: Sản phẩm hồn chỉnh ....................................................................... 66
Hình 4-2: Thông số cảm biến hiển thị trên LCD .............................................. 66
Hình 4-3: Giao diện trang chính....................................................................... 67
Hình 4-4: Biểu đồ khu vực 1 ............................................................................. 67
xiii

do an


Hình 4-5: Thơng số chi tiết khu vực 1 ............................................................... 68
Hình 4-6: Biểu đồ khu vực 2 ............................................................................. 68
Hình 4-7: Thông số chi tiết khu vực 2 ............................................................... 69

xiv

do an


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
1.1.1. Đặt vấn đề
Nước ta với hệ thống sông ngịi dày đặc và có đường biển dài rất thuận lợi phát
triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản.Các loại thủy sản thế mạnh tại Việt
Nam gồm: cá da trơn, tôm, cá rô phi cùng với một số chủng loại đang trên đà tăng
trưởng như các loài nhuyễn thể có vỏ và cá biển như cá bớp, cá tuyết và cá mú.
Nuôi trồng thủy sản phát triển mạnh nhất tại các tỉnh Đồng Bằng Sông Mekong,
chiếm đến 75% - 80% sản lượng cá da trơn và tơm tồn quốc [1]. Tuy nhiên vì
những yêu cầu khắt khe về môi trường, nguồn nước, dễ lây nhiễm dịch bệnh dẫn
đến chết hàng loạt hoặc giảm chất lượng đầu ra là điều rất phổ biến trong ngành
nuôi tôm, để đảm bảo tôm phát triển khỏe mạnh đạt năng suất cao cần chú ý đến
nhiều chi tiết mà người ni trồng khó nắm bắt được hết khiến cho việc nuôi tôm
không đạt hiệu quả cao.
Chính vì thế, nhóm thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNGHỒ NI
THUỶ SẢN” nhằm góp phần giúp người nông dân khắc phục những vấn đề trên,
tiến tới hiện đại hóa nền nơng nghiệp.
1.1.2. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có sở hữu thế mạnh trong việc phát triển ni trồng thủy sản, tổng
diện tích mặt nước trên 1.7 triệu hecta trong đó hơn 1 triệu hecta được dùng để
ni trồng ngành thủy sản.Năm 2017, diện tích ni tơm nước lợ cả nước đạt 721,1
nghìn ha; tăng 3,8% so với năm 2016 trong đó diện tích tơm sú là 622,4 nghìn ha;
tăng 3,7% và diện tích tơm chân trắng là 98,7 nghìn ha; tăng 4,7% so với năm
2016.Sản lượng tơm nước lợ năm 2017 đạt 683,4 nghìn tấn, tăng 4% so với năm
2016 trong đó sản lượng tơm sú 256,4 nghìn tấn; giảm 2,8% và sản lượng tơm chân
trắng 427 nghìn tấn, tăng 8,5% so với năm 2016 [1]. Để nghề ni tơm được bền
vững, thích ứng biến đổi khí hậu và dịch bệnh thì việc ứng dụng công nghệ cao
trong phát triển nuôi tôm là vô cùng cần thiết. Người ni tiếp cận được các mơ
hình ni cơng nghệ cao điển hình hiệu quả, các thiết bị cơng nghệ cao trong ni
tơm và tìm ra những giải pháp ni phù hợp từ đó nâng cao năng suất chất lượng,
tăng thu nhập và phấn đấu xây dựng thương hiệu tôm sạch.
Sự thành bại nuôi tôm phụ thuộc rất lớn vào giám sát, quản lý môi trường ao
nuôi tơm. Vì vậy, nhóm đã thực hiện đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNGHỒ NUÔI
THUỶ SẢN” để đo đạc, cung cấp các thơng số cần thiết như tính axit, kiềm, nhiệt
độ, mức độ ô nhiễm nguồn nước, tự động bơm xả nước và cảnh báo các vấn đề phát
sinh nhanh nhất đến người sử dụng thơng qua hiển thị màn hình, web, ứng dụng

1

do an


điện thoại v.v.. từ đó giúp chúng ta có thể xử lý sớm và an tâm về hồ nuôi tôm của
mình.
1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm các vấn đề sau:
- Áp dụng được công nghệ IoT vào trong sản xuất, nuôi trồng.
- Đo được các thông số của hồ nuôi để hiển thị,cài giới hạn các thông số

tùytheo yêu cầu kĩ thuật của hồ ni tơm.
- Tìm hiểu về CSDL thời gian thực.
- Các ngơn ngữ lập trình, thiết kế Web như HTML, PHP và CSS.
- Từ đề tài này nhóm muốn ứng dụng xử lý điều khiển vào trong sản xuất nông
nghiệp, hạnchế bớt những khó khăn cho người nơng dân trong quá trình canh
tác.
1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu:
Về phần mềm đó là webserver thu dữ liệu các cảm biến nhiệt độ, độ pH, độ
đục, mực nước thông qua Arduino, cài thông số giới hạn thông qua mạng Internet
và mạng di động. Cách thức lập trình Arduino.
Về phần cứng là các cảm biến, các module giao tiếp, các motor bơm nước,
motor quạt, van điện từ, Kit Arduino Mega 2560.
Phạm vi nghiên cứu:
Phát triển thêm từ đề tài sẵn có của sinh viên Trần Xuân Bách - Nguyễn Quyết
Thắng “Thiết kế hệ thống hồ nuôi tôm”:
- Nghiên cứu và xây dựng mơ hình hồ ni tơm (2 khu vực) với các tính năng
đo độ đục, mực nước, độ ph, nhiệt độ.
- Điều khiển máy bơm bơm nước khi mực nước dưới ngưỡng giới hạn.
- Trao đổi dữ liệu giữa CSDL và các thiết bị phần cứng.
- Xây dựng trang web để giám sát các thông số của hồ ni tơm.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu các u cầu về thông số môi trường của hồ nuôi tôm, tìm hiểu cách
thức hoạt động của các cảm biến, truyền nhận dữ liệu từ cảm biến đến arduino và từ
arduino đến NodeMCU. Tìm hiểu cách thức hoạt động của một web server, cài đặt
cơ sở dữ liệu, sử dụng ngôn ngữ lập trình web hiệu quả.
2

do an

Thiết kế và lắp ráp mơ hình mơ phỏng hồ nuôi tôm.
1.5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN
 Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng như tính cấp thiết của
đề tài.
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nêu các lý thuyết cần thiết để sử dụng trong đề tài.
 Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hồ ni tơm
Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của hệ thống.
Đưa ra các phương pháp lựa chọn phần cứng và xác định lựa chọn phù hợp với
yêu cầu của đề tài.
Tính tốn đưa ra giải thuật, thuật tốn phần mềm.
 Chương 4: Kết quả thực hiện
Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đưa ra nhận xét.
 Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng
Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử
dụng trong thực tế.

3

do an


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ
S LÝ THUY
HUYẾT
2.1. CÁC PHƯƠNG THỨC
TH
TRUYỀN SỬ DỤNG

NG TRONG Đ
ĐỀ TÀI
2.1.1. Chuẩn giao tiếp
p UART
a) Giới thiệu
UART chuyển đổổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song [14]
[14]. Một chiều UART
chuyển đổi dữ liệuu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếếp để truyền đi. Một
chiều
u khác UART chuyển
chuy đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệuu nnối tiếp thành dạng
dữ liệuu song song cho CPU có thể
th đọc vào bus hệ thống.

Hình 2-1: Truyền dữ liệu UART
UART của PC hỗỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồồng thời và giao tiếp
không đồng thời.
i. Giao tiếp
ti đồng thời tức là UART có thể gửii và nh
nhận dữ liệu vào
cùng một thời điểm.
m. Cịn giao tiếp
ti khơng đồng thờii (khơng kép) là ch
chỉ có một thiết
bị có thể chuyển dữ liệu
li vào một thời điểm, với tín hiệu điềều khiển hoặc mã sẽ
quyết định
nh bên nào có thể
th truyền dữ liệu. Giao tiếp không đồng
ng th

thời được thực hiện
khi mà cả 2 chiềuu chia sẽ
s một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường
ng nhưng ccả 2 thiết bị
chỉ giao tiếp qua mộtt đường
đư
ở cùng một thời điểm.
m. Thêm vào đư
đường dữ liệu, UART
hỗ trợ bắt tay chuẩnn RS232 và tín hiệu
hi điều khiểnn như RTS, CTS, DTR, DCR, RT
và CD. Để thuận tiện,
n, các chương trình
tr
gửi và nhận dữ liệuu trong đđịnh dạng khơng
đồng bộ đơn giảnn hơn những
nh
gì bạn tưởng. PC và nhiều vi xử
ử lý khác có một bộ
phận gọii là UART (universal asynchronous receiver/transmitter: truy
truyền /nhận khơng
đồng bộ chung) vì thếế có thể vận dụng phần lớn những chi tiếết truyền và nhận dữ
liệu. Trong PC, hệ điềều hành và ngơn ngữ lập trình hỗ trợ cho llập trình liên kết nối
tiếp mà không cần phảải hiểu rõ chi tiết cấu trúc UART. Để mở
ở liên kết, ứng dụng
lựa chọn một tần số dữ
d liệu hoặc là thiết lập khác hoặcc cho phép truy
truyền thông tại
các cổng. Để gửii 1 byte, ứng dụng ghi byte này vào bộ đệm
m truy

truyền của cổng được
lựa chọn, và UART gử
ửi dữ liệu này, từng bit một, trong định dạạng yêu cầu, thêm bit
Start, bit Stop, bit chẵẵn lẻ khi cần. Trong một cách đơn giản,
n, byte nh
nhận được tự
động được lưu trữ trong bộ
b đệm. UART có thể dùng nhanh m
một ngắt để báo cho
4

do an


CPU và các ứng dụng biết dữ liệu đang nhận được và các sự kiện khác. Một vài vi
điều khiển không bao gồm UART, và thỉnh thoảng bạn cần nhiều hơn các UART
mà vi xử lý có. Trong trường hợp này, có 2 lựa chọn: thêm UART ngồi, hoặc mơ
phỏng UART trong mã chương trình. Basic Stamp của Parallax là một ví dụ của
chip với một UART bổ sung trong mã chương trình. UART là một thiết bị đơn giản
hỗ trợ tốt cả hai kiểu truyền thông đồng bộ và không đồng bộ.
b) Các thông số cơ bản của chuẩn truyền UART
Baud rate (tốc độ Baud) [14]: Khi truyền nhận khơng đồng bộ để hai module
hiểu được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa
là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ
baud là số bit truyền trong một giây.
Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên
ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để giảm bớt sự mất mát dữ
liệu này. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit thông báo như
start, stop, các bit kiểm tra như parity, và số bit trong một data.
Bit Start: Là bit bắt đầu trong khung truyền. Bit này nhằm mục đích báo cho

thiết bị nhận biết q trình truyền bắt đầu. Trên AVR bit Start có trạng thái là 0.
Data: Dữ liệu cần truyền data không nhất thiết phải 8 bit có thể là 5, 6, 7, 8, 9.
Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau.
Parity bit: Là bit kiểm tra dữ liệu. Có 2 loại parity: chẵn (even parity), lẻ (old
parity). Parity chẵn là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = chẵn.
Parity lẻ là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = lẻ. Bit parity là
khơng bắt buộc nên có thể dùng hoặc không.
2.1.2. Chuẩn 1-Wire
Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hãng Dallas giới thiệu. Trong chuẩn giao
tiếp này chỉ cần 1 dây để truyền tín hiệu và làm nguồn ni (Nếu khơng tín dây
mass). Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex). Trong
giao tiếp này tuân theo mối liên hệ chủ tớ một cách chặt chẽ. Trên một bus có thể
gắn 1 hoặc nhiều thiết bị slave. Nhưng chỉ có một master có thể kết nối đến bus này.
Bus dữ liệu khi ở trạng thái rãnh (khi khơng có dữ liệu trên đường truyền)
phải ở mức cao do vậy bus dữ liệu phải được kéo lên nguồn thông qua một điện trở.
Giá trị điện trở này có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị / các thiết bị slave.

5

do an


Hình 2-2: Sơ đồ kết nối trong truyền 1-Wire
Các thiết bị tớ (slave) kết nối với cùng một bus được phân biệt với nhau nhờ
64 bit địa chỉ duy nhất (64-bit serial number). 8 byte (64 bit) này và được chia làm
ba phần chính:
 Bắt đầu với LSB, là byte đầu tiên là mã họ thiết bị có độ lớn 8 bit (8-bit
family codes) xác định kiểu thiết bị.
 6 byte tiếp theo lưu trữ địa chỉ riêng của thiết bị.
 Byte cuối cùng (MSB) là byte kiểm tra tính tồn vẹn dữ liệu cyclic

redundancy check (CRC) có giá trị tương ứng với giá trị của 7 byte đầu
tiên.
Nhờ byte CRC giúp cho master xác định có địa chỉ được đọc có bị lỗi hay
khơng. Với 224 địa chỉ khác nhau tạo ra một số lượng rất lớn các địa chỉ. Do vậy
vấn đề về địa chỉ không phải là vấn đề chính trong chuẩn giao tiếp này.
Tín hiệu reset và Presence(Báo hiện diện) được trình bày như hình bên dưới.
Thiết bị master kéo bus xuống thấp ít nhất 8 khe thời gian (tức là 480 µs) và sau đó
nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu reset. Nếu có thiết bị
slave gắn trên bus nó sẻ trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị tớ sẻ kéo bus
xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60µs. Nếu khơng có tín hiệu Presence, thiết
bị master sẻ hiểu rằng khơng có thiết bị slave nào trên bus, và các giao tiếp tiếp theo
sẻ không thể diễn ra.
2.1.3. Chuẩn I2C
I2C là viết tắt của "Inter-Integrated Circuit", một chuẩn giao tiếp được phát
minh bởi Philips’ semiconductor division (giờ là NXP) nhằm đơn giản hóa việc trao
6

do an


đổi dữ liệu giữaa các ICs. Đơi khi nó cũng được gọii là Two Wire Interface (TWI) vì
chỉ sử dụng 2 kết nốii để
đ truyền tải dữ liệu, 2 kết nối củaa giao ti
tiếp I2C gồm: SDA
(Serial Data Line) và SCL (Serial Clock Line).
Có hàng ngàn thiết
thi bị sử dụng giao tiếp I2C, chẳng hạnn như real
real-time clocks,
digital potentiometers, temperature sensors, digital compasses, memory chips, FM
radio circuits, I/O expanders, LCD controllers, amplifiers,...Board Arduino ccủa

chúng ta có thể kiểm
m sốt tất
t cả và số lượng tối đa trong mộtt th
thời điểm lên đến 112
2
thiết bị I C.
2.2. KIT ARDUINO MEGA 2560
256
2.2.1. Sơ lược về Arduino
Arduino thực
ực sự đã
đ gây sóng gió trên thị trường người
ời ddùng DIY trên toàn
thế giới trong vài
ài năm gần
g đây, gần giống với những gìì Apple đã làm được trên thị
trường
ờng thiết bị di động, số lượng
l
người dùng cực lớn và đa dạng
ạng với tr
trình độ trải
rộng
ộng từ bậc phổ thông lên
l đến đại học đã làm cho ngay cảả những ng
người tạo ra chúng
phải ngạc nhiên vềề mức độ phổ biến.

Hình 2-3: Một số Kit Arduino phổ biến hiệnn nay
Arduino là một

ột board mạch vi xử lý, nhằm
ằm xây dựng các ứng dụng ttương tác
với
ới nhau hoặc với môi trường
tr
được thuận lợi hơn. Phần
ần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở được
ợc thiết kế trên
tr nền
ền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit.
Mô tả [13]:
7

do an


Arduino Mega 2560 R3 là phiên bản nâng cấp của Arduino Uno R3 với số
chân giao tiếp, ngoại vi và bộ nhớ nhiều hơn, mạch được thiết kế và sử dụng các
linh kiện tương đương với phiên bản chính hãng trên Arduino.cc, phù hợp cho các
ứng dụng cần nhiều bộ nhớ hoặc nhiều chân, cổng giao tiếp hơn so với Arduino
Uno.
Lưu ý :
• Tất cả các Shield của Arduino Uno đều chạy được với Arduino Mega.
• Mega khơng dùng được thư viện SoftwareSerial vì Mega đã có 4 bộ
UART rồi.
Thơng số kĩ thuật của Arduino Mega 2560 R3[13]:
• Vi điều khiển chính: ATmega2560
• IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.

• Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc
tròn DC (khuyên dùng 6~9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt, nếu cắm
12VDC thì IC ổn áp rất dễ chết và gây hư hỏng mạch).
• Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)
• Số chân Analog: 16
• Giao tiếp UART: 4 bộ UART
• Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 → 53) dùng với thư viện SPI của Arduino
• Giao tiếp I2C: 1 bộ
• Ngắt ngồi: 6 chân
• Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader
• SRAM: 8 KB
• EEPROM: 4 KB
• Xung clock: 16 MHz

8

do an