Nghiên cứu và ứng dụng bộ thí nghiệm HOBI IOT LABBOX
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.13 MB, 85 trang )
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN LOPY VÀ CẢM
BIẾN LEGO M5STACK VÀO THIẾT KẾ VÀ THI
CƠNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH TRỒNG HOA LAN
GVHD: PGS.TS Trần Thu Hà
SVTH: Lê Tấn Đạt
MSSV: 16141131
SVTH: Đặng Minh Thiện
MSSV: 16141283
Tp. Hồ Chí Minh – 08/2020
Ứng dụng vi điều khiển LoPy và cảm biến Lego
M5STACK vào
thiết kế và thi cơng mơ hình nhà kính tr ồng hoa Lan.
Ứng dụng vi điều khiển LoPy và cảm biến Lego M5STACK
vào thiết kế và thi cơng mơ hình nhà kính tr ồng hoa Lan.
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và
khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Nhóm sinh viên thực hiện
Lê Tấn Đạt
Đặng Minh Thiện
i
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Bộ môn Điện tử Công
nghiệp -Y Sinh và các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em
về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, cũng như các kiến thức mà
các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô PGS.TS Trần Thu Hà đã trực tiếp
hướng dẫn, tham gia đóng góp ý kiến, giúp đỡ, chia sẻ nhiều kiến thức quan trọng và
tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Chúng em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp 16141DT đã chia sẻ trao đổi
kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ và người thân đã tạo mọi điều kiện, động viên
và hỗ trợ chúng em trong những lúc khó khăn thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Lê Tấn Đạt
Đặng Minh Thiện
ii
TÓM TẮT
Vi xử lý ngày càng phát triển và được sử dụng hầu hết trong các hệ thống điều
khiển trong công nghiệp cũng như trong các thiết bị điện tử dân dụng. Các nhà sản
xuất điện tử đã cho ra đời những dịng vi điều khiển mới với những tính năng vượt bậc
đáp ứng nhu cầu phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật. Và nhằm để nâng cao
khả năng tự động thay thế cho con người và cũng chính vì thế đã thúc đẩy lĩnh vực vi
xử lý ngày càng phát triển khơng ngừng, thích nghi với yêu cầu điều khiển.
Mục đích muốn tiếp cận với các cơng nghệ đang phát triển, nghiên cứu dịng vi
điều khiển mới cùng dòng cảm biến mới . Đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy và
cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế và thi cơng mơ hình nhà kính trồng hoa Lan” sẽ
giải quyết vấn đề đó.
Kết quả đạt được:
-
Thiết kế và thi cơng mơ hình trồng hoa Lan:
-
Đo nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất và ánh sáng.
-
Điều khiển bằng giọng nói.
-
Điều khiển với chế độ tự động hoặc chế độ điều khiển trên ứng dụng điện thoại
App Android.
-
Điều khiển, giám sát và hẹn giờ bật tắt thiết bị thông qua App Android.
-
Giám sát bằng Camera.
Với kết quả đạt được, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu, phát triển dòng vi
điều khiển mới cũng như mở rộng và phát triển các đề tài liên quan.
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
MỤC LỤC.................................................................................................................
iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. xii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
1.2
MỤC TIÊU........................................................................................................ 1
1.3
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 2
1.4
BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN...................................................................................... 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................... 4
2.1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH TRỒNG HOA LAN ...................................... 4
2.1.1
Cách trồng lan ............................................................................................. 4
a. Điều kiện nhiệt độ khi trồng lan ...................................................................... 4
b. Điều kiện ánh sáng khi trồng lan ..................................................................... 4
c. Độ ẩm cần thiết khi trồng lan .......................................................................... 4
d.
Độ thơng gió ................................................................................................... 4
2.1.2 Cách chăm sóc lan ....................................................................................... 4
a. Điều kiện ánh sáng khi chăm sóc lan .............................................................. 4
b. Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khi chăm sóc lan ................................................ 4
c. Chế độ nước tưới khi chăm sóc lan ................................................................. 4
2.2
GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN LOPY .............................................................. 5
2.2.1 Nền tảng IoT đa giao thức LoPy .................................................................. 5
a.
Thông số LoPy ............................................................................................... 6
iv
b. Sơ đồ chân LoPy............................................................................................. 7
c. Sơ đồ khối của Lopy ..................................................................................... 11
2.2.2
Mạch mở rộng PYCOM ............................................................................ 13
a. Các đặc điểm của mạch mở rộng 3.0.............................................................
b.
14
Mạch sạc ...................................................................................................... 14
c. Sơ đồ chân ra ................................................................................................
15
2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP .............................................................................. 15
2.3.1
Chuẩn giao tiếp GROVE ........................................................................... 15
a. Khái niệm về Grove ...................................................................................... 15
b.
Đặc điểm: ..................................................................................................... 15
c.
Các loại Grove .............................................................................................. 15
d. Ứng dụng cảm biến Grove trong đời sống..................................................... 17
2.3.2
Truyền dữ liệu chuẩn I2C .......................................................................... 18
a.
Giới thiệu ..................................................................................................... 18
b.
Đặc điểm ...................................................................................................... 18
2.3.3
Mạng truyền thông không dây WiFi .......................................................... 19
2.4 LCD RGB........................................................................................................ 20
2.4.1
Giới thiệu .................................................................................................. 20
2.4.2
Các thông số kỹ thuật ................................................................................ 21
2.5 CẢM BIẾN ÁNH SÁNG – LIGHT SENSOR CLASS .................................... 21
2.5.1
Giới thiệu .................................................................................................. 21
2.5.2
Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 21
2.5.3
Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 21
2.5.4
Sơ đồ nguyên lý......................................................................................... 21
2.6 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM – ENV SENSOR CLASS ............................ 22
2.6.1
Giới thiệu .................................................................................................. 22
2.6.2
Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 22
v
2.6.3
2.7
Sơ đồ nguyên lý........................................................................................... 23
CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT – EARTH SENSOR CLASS...................................23
2.7.1
Giới thiệu.................................................................................................... 23
2.7.2
Nguyên lý hoạt động................................................................................... 23
2.7.3
Thông số kỹ thuật........................................................................................ 23
2.7.4
Sơ đồ nguyên lý........................................................................................... 24
2.8. CÁC THIẾT BỊ CÔNG SUẤT.......................................................................... 24
2.8.1
Relay........................................................................................................... 24
2.8.2
Đèn.............................................................................................................. 27
2.8.3
Động cơ phun sương................................................................................... 27
2.8.4
Quạt tản nhiệt.............................................................................................. 28
2.9
MẠCH THU PHÁT Wifi ESP32-CAM............................................................. 28
2.10 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN LOPY................................31
2.10.1 Giới thiệu về Arduino IDE.......................................................................... 31
2.10.2 Giao diện..................................................................................................... 31
2.10.3 Vùng lệnh.................................................................................................... 32
2.10.4 Vùng viết chương trình................................................................................ 32
2.10.5 Vùng thơng báo (debug).............................................................................. 33
2.10.6 Hướng dẫn cách thêm thư viện của bộ thí nghiệm vào IDE........................35
2.11 GIỚI THIỆU APP INVENTOR......................................................................... 37
2.12 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID.................................................... 38
2.13 TỔNG QUAN VỀ DATABASE........................................................................ 39
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH TRỒNG HOA LAN.........41
3.1
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG............................................................. 41
vi
3.1.1
3.1.2
Sơ đồ khối: ................................................................................................ 41
Giải thích chức năng các khối: ................................................................... 41
3.2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH .............................................................. 42
3.2.1
Thiết kế khối công suất .............................................................................. 42
3.2.2
Thiết kế khối cảm biến .............................................................................. 43
3.2.3
Thiết kế khối hiển thị................................................................................. 44
3.2.4
Sơ đồ nguyên lý tồn mạch........................................................................ 45
3.2.5
Điện áp và dịng điện các linh kiện ............................................................ 45
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG.................................................................. 48
4.1
THI CÔNG MẠCH ......................................................................................... 48
4.1.1
Lắp ráp và kiểm tra .................................................................................... 49
4.1.2
Thi công mô hình ...................................................................................... 49
4.2 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ...................................................... 50
4.2.1
Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển LoPy .................................................. 51
4.2.2
Lưu đồ giải thuật chế độ tự động ............................................................... 52
4.2.3
Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển ........................................................... 53
4.2.4
Lưu đồ giải thuật hiển thị LCD .................................................................. 53
4.2.5
Lưu đồ giải thuật truyền dữ liệu lên firebase .............................................. 54
4.2.6
Lưu đồ giải thuật code điều khiển trên App ............................................... 55
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .............................................. 58
5.1
KẾT QUẢ........................................................................................................ 58
5.1.1
Kết quả nghiên cứu.................................................................................... 58
5.1.2
Kết quả thi cơng mơ hình trồng hoa Lan .................................................... 58
a. Bộ điều khiển hệ thống ................................................................................. 58
b.
Điều khiển và giám sát mơ hình từ xa bằng điện thoại .................................. 59
vii
5.2
c. Cài đặt thời gian bật tắt thiết bị ..................................................................... 62
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .......................................................................... 63
5.2.1
Nhận xét .................................................................................................... 63
a.
Ưu điểm........................................................................................................ 63
b.
Nhược điểm .................................................................................................. 63
5.2.2
Đánh giá .................................................................................................... 63
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................ 65
6.1
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 65
6.2
HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 67
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Vi điều khiển LoPy........................................................................................6
Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển LoPy.......................................................................7
Hình 2.3 Sơ đồ chi tiết chân vi điều khiển LoPy...........................................................8
Hình 2.4 Sơ đồ khối vi điều khiển LoPy..................................................................... 11
Hình 2.5 Vi điều khiển ESP32-PICO-KIT.................................................................. 12
Hình 2.6 Mạch mở rộng Pycom.................................................................................. 14
Hình 2.7 Hình chi tiết chân mạch mở rộng Pycom...................................................... 15
Hình 2.8 Cảm biến mơi trường.................................................................................... 16
Hình 2.9 Cảm biến chuyển động................................................................................. 16
Hình 2.10 Cảm biến khơng dây................................................................................... 16
Hình 2.11 Các loại cảm biến giao diện người dùng..................................................... 17
Hình 2.12 Cảm biến vật lý.......................................................................................... 17
Hình 2.13 Một số ứng dụng cảm biến Grove.............................................................. 18
Hình 2.14 Mơ hình truyền dữ liệu chuẩn I2C.............................................................. 18
Hình 2.15 Mạng WiFi................................................................................................. 20
Hình 2.16 LCD RGB.................................................................................................. 20
Hình 2.17 Cảm biến ánh sáng M5STACK.................................................................. 21
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng M5STACK........................................22
Hình 2.19 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm ENV M5STACK............................................... 22
Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ENV M5STACK.............................................. 23
Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý cảm biến độ ẩm đất – EARTH M5STACK......................24
Hình 2.22 Module Relay Grove.................................................................................. 25
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý module Relay Grove........................................................ 25
Hình 2.24 Đèn LED cây trồng.................................................................................... 27
Hình 2.25 Bơm 12 VDC.............................................................................................. 28
Hình 2.26 Quạt 12V.................................................................................................... 28
Hình 2.27 ESP32-CAM.............................................................................................. 29
Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý ESP32-CAM.................................................................... 30
Hình 2.29 Sơ đồ chân ESP32-CAM............................................................................ 30
Hình 2.30 Phần mềm Arduino..................................................................................... 31
ix
Hình 2.31 Giao diện phần mềm Arduino..................................................................... 31
Hình 2.32 Biểu tượng chức năng nhanh IDE.............................................................. 32
Hình 2.33 Giao diện lập trình Arduino........................................................................ 33
Hình 2.34 Vùng thơng báo phần mềm IDE................................................................. 33
Hình 2.35 Chọn COM nạp code.................................................................................. 34
Hình 2.36 Giao diện Examples menu.......................................................................... 34
Hình 2.37 Board Arduino sử dụng.............................................................................. 35
Hình 2.38 Giao diện phần mềm IDE........................................................................... 35
Hình 2.39 Chọn Preferences........................................................................................ 36
Hình 2.40 Cài đặt thư viện.......................................................................................... 36
Hình 2.41 Cài đặt thư viện ESP32............................................................................... 37
Hình 2.42 Chọn thư viện ESP32 Pico Kit................................................................... 37
Hình 2.43 Giao diện phần mềm Inventor.................................................................... 38
Hình 2.44 Logo hệ điều hành Android........................................................................ 38
Hình 2.45 Biểu tượng của Database............................................................................ 39
Hình 2.46 Cây Json của Realtime Database................................................................ 40
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................... 41
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối cơng suất.................................................................... 43
Hình 3.3 Sơ đồ ngun lý khối cảm biến.................................................................... 44
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị....................................................................... 44
Hình 3.5 Sơ đồ ngun lý tồn mạch.......................................................................... 45
Hình 3.6 Adapter 5VDC-1A....................................................................................... 46
Hình 3.7 Adapter 12VDC-5A..................................................................................... 46
Hình 4.1 Lớp dưới PCB của tồn mạch....................................................................... 49
Hình 4.2 Hình ảnh thực tế trên board mạch chính....................................................... 49
Hình 4.3 Mặt trước mơ hình........................................................................................ 50
Hình 4.4 Mặt sau mơ hình........................................................................................... 50
Hình 4.5 Bên trong mơ hình........................................................................................ 50
Hình 4.6 Mặt trên mơ hình.......................................................................................... 50
x
Hình 4.7 Mặt bên mơ hình.......................................................................................... 50
Hình 4.8 Lưu đồ chương trình code chính trên vi điều khiển LoPy............................51
Hình 4.9 Lưu đồ chế độ tự động.................................................................................. 52
Hình 4.10 Lưu đồ chế độ điều khiển........................................................................... 53
Hình 4.11 Lưu đồ hiển thị LCD.................................................................................. 54
Hình 4.12 Lưu đồ truyền dữ liệu lên Firebase............................................................. 55
Hình 4.13 Lưu đồ điều khiển trên app......................................................................... 56
Hình 5.1 Giao diện đăng nhập trên điện thoại............................................................. 59
Hình 5.2 Cảnh báo sai mật khẩu trên App Android..................................................... 59
Hình 5.3 Giao diện menu............................................................................................ 60
Hình 5.4 Giao diện menu............................................................................................ 60
Hình 5.5 Giao diện thốt ứng dụng............................................................................. 60
Hình 5.6 Giao diện đổi mật khẩu................................................................................ 61
Hình 5.7 Thơng báo sai mật khẩu................................................................................ 61
Hình 5.8 Giao diện trang chủ...................................................................................... 61
Hình 5.9 Giao diện cài đặt thời gian............................................................................ 62
Hình 5.10 Kết quả cơ sở dữ liệu.................................................................................. 64
xi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy............................................................6
Bảng 2.2 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy............................................................7
Bảng 2.3 Bảng chi tiết chân vi điều khiển LoPy...........................................................8
Bảng 2.4 Bảng so sánh một số loại vi điều khiển ESP32............................................ 11
Bảng 2.5 Bảng chi tiết chân vi điều khiển ESP32-PICO-KIT.....................................12
Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật ESP32-CAM................................................................... 29
Bảng 2.7 Bảng chi tiết chân PINOUT ESP32-CAM................................................... 30
Bảng 3.1 Bảng kết nối khối công suất với vi điều khiển............................................. 43
Bảng 3.2 Bảng kết nối khối cảm biến với vi điều khiển.............................................. 43
Bảng 3.3 Bảng kết nối khối hiển thị với vi điều khiển................................................ 44
Bảng 4.1 Bảng liệt kệ linh kiện sử dụng...................................................................... 48
Bảng 5.1 Kết quả chạy trên App điều khiển bằng Wifi................................................ 64
Bảng 5.2 Kết quả thực tế............................................................................................. 64
xii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xu hướng hiện nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng
rãi trong đào tạo, sản xuất và đời sống, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hoá và điều
khiển từ xa. Vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và dân dụng
với nhiều ưu điểm so với IC số như: thiết kế mạch đơn giản, lập trình dễ dàng, có tốc
độ xử lý mạnh mẽ,… từ đó mang lại cho người dùng nhiều tiện ích. Trong những năm
gần đây, các nhà sản xuất điện tử đã cho ra đời những dịng vi điều khiển với những
tính năng mới đáp ứng nhu cầu phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật.
Một trong những vi điều khiển mới chính là vi điều khiển LoPy được thiết kế
chuyên cho các ứng dụng IoT (Internet of Things) với công suất nhỏ. nhằm mục đích
điều khiển thiết bị ngoại vi chuẩn giao tiếp Grove, kết nối với những cảm biến lego của
hãng M5STACK, truyền dữ liệu dựa trên nền tảng IoT đa giao thức của hãng Pycom.
Trước đây, với đề tài: “Thi cơng mơ hình hệ thống trồng hoa Lan” của nhóm tác
giả Nguyễn Quang Thạnh - Phan Thanh Triều, đã sử dụng nhiều cảm biến như cảm
biến nhiệt độ DHT11, cảm biến ánh sáng, cảm biến mưa,…, giao tiếp Module ESP
8266 với Arduino Mega 2560, các vi điều khiển phổ biến để tạo ra một hệ thống khá
hiệu quả và tính ứng dụng cao.
Qua những thông tin trên cùng với kinh nghiệm và các kiến thức đã tích lũy được,
nhóm làm đề tài kiến nghị thực hiện đề tài có tên là: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy và cảm
biến Lego M5STACK vào thiết kế và thi cơng mơ hình nhà kính trồng hoa Lan”. Với
vi điều khiển LoPy và các cảm biến Lego M5STACK còn khá mới mẻ và chưa phổ
biến rộng rãi trong cộng đồng nên các tài liệu hướng dẫn và lập trình hầu như là chưa
có. Đề tài sẽ là những bước đi tiên phong tạo ra cách tiếp cận vi điều khiển mới để có
thể phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu của mọi người và phát triển cho mọi người.
1.2 MỤC TIÊU
Nghiên cứu và ứng dụng vi điều khiển LoPy cùng cảm biến Lego M5STACKđể
thiết kế và thi cơng mơ hình trồng hoa Lan gồm các mục tiêu cụ thể: thiết kế được hệ
thống điều khiển và tự động trồng hoa Lan thông qua việc giám sát các thơng số nhiệt
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
độ, độ ẩ m khơng khí, độ ẩm đất, ánh sáng và camera qua mạng WiFi bằng App
Android được lưu trên Database.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển
LoPy và cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế và thi cơng mơ hình nhà kính trồng hoa
Lan”, nhóm đã tập trung giải quyết và hồn thành được những nội dung sau:
-
NỘI DUNG 1: Nghiên cứu, khảo sát kết nối vi điều khiển LoPy với một số loại
cảm biến M5STACK.
-
NỘI DUNG 2: Nghiên cứu kết nối vi điều khiển LoPy với Database để cập nhật
dữ liệu, dùng cho việc hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất và
ánh sáng trong mơ hình trồng hoa Lan.
-
NỘI DUNG 3: Nghiên cứu xây dựng App Android giám sát hệ thống mơ hình
trồng hoa Lan.
-
NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi cơng mơ hình trồng hoa Lan.
-
NỘI DUNG 5: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm, hiệu chỉnh hệ thống và
đánh giá kết quả.
-
NỘI DUNG 6: Viết luận văn báo cáo và bảo về đề tài tốt nghiệp.
1.4 BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN
Đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy và cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế và
thi cơng mơ hình nhà kính trồng hoa Lan” có bố cục gồm các chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày tổng quát về các lý thuyết bộ thí nghiệm HOBI IoT LabBox.
Giới thiệu các kiến thức liên quan tới đề tài, giới thiệu các cảm biến, linh kiện, thiết bị
sử dụng để thiết kế hệ thống và các loại giao thức truyền dữ liệu.
Chương 3: Thiết kế và tính tốn
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Tính tốn, thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhà kính trồng hoa Lan trên nền
tảng: giám sát nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất và ánh sáng ứng dụng IoT.
Chương 4: Thi công hệ thống
Trong chương này, nhóm tác giả sẽ thi cơng hệ thống, đóng gói và thi cơng mơ
hình, lập trình hệ thống và viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác.
Chương 5: Kết quả_ nhận xét_đánh giá
Đưa ra các kết quả đạt được của hệ thống sau một thời gian hoạt động, các hình ảnh
về mơ hình hệ thống, đưa ra các nhận xét, đánh giá các số liệu đạt được.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
Trình bày các kết luận về hệ thống những gì đã làm được, chưa làm được và hướng
cải tiến, phát triển hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH TRỒNG HOA LAN
2.1.1 Cách trồng lan
a. Điều kiện nhiệt độ khi trồng lan
Hoa lan sinh trưởng thích hợp nhất ở những vùng có khí hậu ấm áp. Ban ngày nhiệt
độ từ 27 đến 32 độ C, ban đêm từ 16 đến 18 độ C và đặc biệt cây lan sẽ rất dễ bị rụng
lá khi nhiệt độ quá thấp.
b. Điều kiện ánh sáng khi trồng lan
Lượng ánh sáng loài hoa này cần là rất lớn, cần khoảng 70% ánh sáng mặt trời để
hoa phát triển tốt. Tuy nhiên, ánh sáng cao quá sẽ khiến cho cây bị cháy và rộp lá. Còn
khi thiếu sáng thì cây sẽ ngày một ốm yếu, lá mỏng, hoa nhỏ và có thể khơng ra hoa.
c. Độ ẩm cần thiết khi trồng lan
Lan cần khoảng 50% đến 80% độ ẩm để có thể ni dưỡng nó.
d. Độ thơng gió
Mơi trường ln ẩm, mát mẻ và thơng thống thì lan rất dễ để phát triển. Để giữ
ẩm cho lan có thể làm với vịi nước phun sương, tưới nhiều nước hơn để giữ ẩm cho
cây,…
2.1.2 Cách chăm sóc lan
a. Điều kiện ánh sáng khi chăm sóc lan
Do cây rất ưa sáng nên khi cây trưởng thành đặc biệt là giai đoạn ra hoa, cần phải
cho cây hấp thu 100% ánh sáng. Càng được chiếu ánh sáng thì cây sẽ càng khỏe mạnh
và cho hoa càng đẹp.
b. Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khi chăm sóc lan
Các dịng lan nắng xưa phù hợp với các chỉ số môi trường:
- Nhiệt đô: Ban ngày từ 80 đến 90F( 27 đến 32 độ C), ban đêm không được dưới
50F (10 độ C).
- Nắng: Cần thật nhiều nắng nhưng phải có lưới che cây để tránh bị cháy, rộp lá.
- Đô ẩm: Độ trung bình dao động từ 60 đến 70%.
c. Chế độ nước tưới khi chăm sóc lan
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Để cách chăm sóc cho lan phát huy hiệu quả cao nhất, cần cung cấp độ ẩm thích
hợp cho cây. Đặc biệt cây con cần khoảng 70 đến 75%. Trong chu trình chăm sóc cây
con rất quan trọng về độ ẩm, nếu tưới quá ẩm rễ cây dễ bị úng, cây vàng và chậm lớn.
Bên cạnh đó, nếu thiếu ẩm rễ cây phát triển kém, hạn chế hấp thu dinh dưỡng.
Nước tưới cho cây yêu cầu không mặn, phèn, không cứng (chứa các ion như Ca 2+,
Mg2+,…) có độ pH tối ưu từ 5,5 đến 6,8.
Khi tưới nước cho cây cần chú ý nguyên tắc: Tưới tạo độ ẩm xung quanh mơi
trường trồng (tưới vịm trịn xung quanh cây) sẽ tốt hơn thay vì chỉ tưới ẩm cục bộ
trong chậu hay trong giá thể.
Chỉ nên cung cấp nước đủ ẩm cho cây, nên tưới vào sáng sớm hay chiều mát,
tránh tưới buổi trưa khi trời đang nắng gắt hoặc tưới quá muộn làm cho cây dễ bị bệnh.
Bên cạnh đó, cũng có thể bổ sung tưới nước trên mái che hoặc dưới giàn ươm
nhằm tăng độ ẩm, giảm nhiệt độ vườn ươm,… Có thể tăng số lần tưới trong ngày tùy
điều kiện thời tiết để cây phát triển tốt.
2.2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN LOPY
2.2.1 Nền tảng IoT đa giao thức LoPy
LoPy là một nhóm phát triển kích hoạt MicroPython bốn mạng nhỏ gọn (LoRa,
Sigfox, WiFi, Bluetooth) và là nền tảng IoT hoàn hảo cho những thiết bị được kết nối.
LoPy mang đến sự kết hợp giữa tốc độ xử lý mạnh, sự thân thiện và tính linh hoạt.
LoPy có thể hoạt động như một cổng nano LoRa và nền tảng phát triển đa năng
(LoRa, Sigfox, WiFi và BLE) phù hợp với tất cả các mạng LoRa và Sigfox trên tồn
cầu. Nó được lập trình với các plugin MicroPython và Pymakr để phát triển ứng dụng
IoT nhanh chóng, lập trình dễ dàng trong lĩnh vực và khả năng phục hồi nhanh hơn với
chuyển đổi dự phịng mạng. Có thể định cấu hình LoPy ở chế độ LoRa để gửi các gói
trực tiếp giữa các LoPy. Sự pha trộn tốt nhất của tốc độ để triển khai và truy cập vào
các mạng LPWAN mới được triển khai trên khắp Châu Âu, Hoa Kỳ, Châu Phi và Ấn
Độ. LoPy được chứng nhận CE, FCC, LoRaWAN và Sigfox.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.1 Vi điều khiển LoPy
a. Thông số LoPy
- 2 x UART, SPI, 2 x I2C, I2S, thẻ micro SD.
- Kênh tương tự: ADC 8 × 12 bit.
- Bộ hẹn giờ: 4 × 16 bit với PWM và chụp đầu vào.
- GPIO: Tối đa 24.
- Tần số: 32KHz.
- Nguồn:
•
Đầu vào: 3,3V → 5,5V.
•
Đầu ra 3,3V có khả năng tìm nguồn lên tới 400mA.
•
WiFi: 12mA ở chế độ hoạt động, 5uA ở chế độ chờ.
•
LoRa: 15mA ở chế độ hoạt động, 1uA ở chế độ chờ.
•
Sigfox (Châu Âu): 12mA ở chế độ Rx, 42mA ở chế độ Tx và 0,5uA ở chế độ
chờ.
•
Sigfox (Úc, New Zealand và Nam Mỹ): 12mA ở chế độ Rx, 120 mA ở chế độ
Tx và 0,5uA ở chế độ chờ.
Bảng 2.1 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy
Tên
Mơ tả
Kích thước
On–chip SRAM
Bộ nhớ RAM bên trong được sử dụng bởi 2 xtensa
CPU.
520KB
Fast RTC RAM
Vùng RAM nhanh có thể truy cập bằng lõi xtensa
trong chế độ khởi động và ngủ.
8KB
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Slow RTC RAM
Vùng RAM chậm có thể truy cập bằng Ultra Ultra
Low. Bộ đồng xử lý điện trong khi ngủ sâu.
8KB
External pSRAM
Bộ nhớ RAM ngoài QSPI có xung nhịp @
40MHz.
4MB
Bảng 2.2 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy
Tên
Mô tả
On–chip ROM
Chứa các chức năng cốt lõi và mã khởi động.
eFuse
256 bit được sử dụng cho hệ thống (địa chỉ MAC
và cấu hình chip) và 768 cịn lại bit được dành riêng cho
Kích thước
448KB
1Kbit
các ứng dụng của khách hàng, bao gồm Mã hóa Flash Flash
và ID Chip Chip.
b. Sơ đồ chân LoPy
Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển LoPy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.3 Sơ đồ chi tiết chân vi điều khiển LoPy
Bảng 2.3 Bảng chi tiết chân vi điều khiển LoPy
STT
ESP32
GPIO
TÊN
CHÂN
CHỨC
NĂNG
1
-
-
Reset
ADC
PWM
RTC(ℑ)
GHI CHÚ
Hoạt động
thấp,
được kết nối với nút
trên LoPy.
2
3
P0
RX0
3
1
P1
TX0
4
0
P2
•
2*
•
Nếu được gắn với
GND trong khi khởi
động. Thiết bị sẽ
vào chế độ bộ nạp
khởi động. Đã kết
nối với bảng
LED
RGB
bảng
trên
mạch.
5
4
P3
TX1
2*
6
15
P4
TX2
2*
•
•
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
•
JTAG TDO, thẻ SD.
8
