Tài liệu điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trong phòng bảo quản thuốc (đồ án tốt nghiệp)

Trường ĐHBRVT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT - NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO ...... ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM TRONG PHÒNG BẢO QUẢN THUỐC GVHD: Ths. Phạm Chí Hiếu SVTH: Huỳnh Trung Vẫn Nguyễn Văn Hiếu Lớp: DH16DT TP. Vũng Tàu – Năm 2020 Trường ĐHBRVT Mục Lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................. Error! Bookmark not defined. 1.1 Đặt vấn đề .......................................................... Error! Bookmark not defined. 1.2 Thể thức, phương thức nghiên cứu .................... Error! Bookmark not defined. 1.3 Mục tiêu của đề tài ............................................. Error! Bookmark not defined. 1.4 Tính tối ưu của đề tài ......................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁCH BẢO QUẢN THUỐC VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA THUỐC ............................ Error! Bookmark not defined. 2.1 Giới thiệu chung ................................................ Error! Bookmark not defined. 2.2 Cách bảo quản thuốc .......................................... Error! Bookmark not defined. 2.3 Khái niệm về thuốc ............................................ Error! Bookmark not defined. 2.4 Lợi ích của thuốc ............................................... Error! Bookmark not defined. 2.5 Khái niệm Internet of things (viết tắt là IoT) .... Error! Bookmark not defined. 2.6 Đặc tính cơ bản của IoT..................................... Error! Bookmark not defined. 2.7 Ứng dụng của IoT .............................................. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ............... Error! Bookmark not defined. 3.1 Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102Error! Bookmark not defined 3.1.1 Thông số kỹ thuật của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102Error! Bookmark not define 3.1.2 Sơ đồ chân ...................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2 Bộ điều khiển relay 4 kênh ................................ Error! Bookmark not defined. 3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ..................... Error! Bookmark not defined. 3.4 Giới thiệu màn hình LCD 16x2 ......................... Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Hình dáng và kích thước LCD........................ Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Chức năng các chân của LCD ........................ Error! Bookmark not defined. 3.4.3 Sơ đồ khối của HD44780 ............................... Error! Bookmark not defined. 3.4.4 Các thanh ghi .................................................. Error! Bookmark not defined. Trường ĐHBRVT 3.4.5 Khởi tạo LCD ................................................. Error! Bookmark not defined. 3.4.5.1. Mạch khởi tạo bên trong chip HD44780 .... Error! Bookmark not defined. 3.4.5.2. Khởi tạo bằng lệnh: (chuỗi lệnh) ................ Error! Bookmark not defined. 3.4.6 Module chuyển đổi I2C cho LCD 16x2 ......... Error! Bookmark not defined. 3.5 Máy phun sương ................................................ Error! Bookmark not defined. Ưu điểm của hệ thống phun sương: ......................... Error! Bookmark not defined. 3.6 Máy nén khí kho lạnh ........................................ Error! Bookmark not defined. Công thức tính phòng lạnh: ..................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC TẾError! Bookmark not defined. 4.1 Sơ đồ kết nối các thiết bị ................................... Error! Bookmark not defined. 4.2. Thiết kế Web và chương trình nạp code Node MCU ESP 8266Error! Bookmark not 4.2.1 Viết code cho ESP 8266 ................................. Error! Bookmark not defined. 4.2.1.1 Phần xử lý và điều khiển ............................. Error! Bookmark not defined. 4.2.1.2. Nạp chương trình Chuẩn bị: ........................ Error! Bookmark not defined. Tiến hành: ................................................................ Error! Bookmark not defined. 4.3. Mạch phần cứng ............................................. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀIError! Bookmark not d 5.1 Kết luận .............................................................. Error! Bookmark not defined. 5.1.1 Kết quả đạt được ............................................. Error! Bookmark not defined. 5.1.2. Hạn chế của đề tài ....................................... Error! Bookmark not defined. 5.2. Hướng phát triển............................................. Error! Bookmark not defined. Trường ĐHBRVT CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Khái niệm về đo nhiệt độ đã có từ lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt độ được quan tâm đến nhiều nhất. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất và môi trường sống. Trong việc quản nhiệt độ trong phòng thuốc và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo nhiệt độ và xử lý kết quả giữ một vai trò quan trọng. Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển mạnh, việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản các loại thuốc, lưu trữ các sản phẩm trong các phòng chứa là rất quan trọng. Thông thường, với các loại thuốc được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng phải luôn duy trì ở một mức nhất định. Ở nước ta, nhiều người dự trữ thuốc vẫn làm theo các phương pháp thủ công. Khi bảo quản thuốc, quá trình sinh hóa vẫn diễn ra, do đó nhiệt độ và độ ẩm tăng nhanh. Để kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm trong phòng thuốc, hàng ngày phải dùng thiết bị đo gắn vào đầu một phòng thuốc hoặc ở các điểm khác nhau, rồi ghi vào sổ. Với phương pháp thủ công này, việc đo nhiệt độ, độ ẩm không chính xác, không đo được nhiệt độ, độ ẩm trong tủ thuốc, không theo dõi được nhiệt độ, độ ẩm thường xuyên. Vì vậy với yêu cầu đó em đã được thầy giao cho đề tài: “Giám sát nhiệt độ - độ ẩm phòng bảo quản thuốc”. Em rất mong nhận được sự chỉ đạo và hướng dẫn của các thầy cô, cũng như ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của em hoàn thiện hơn. 1.2. Thể thức, phương thức nghiên cứu Trong quá trình thực hiện, em đã nghiên cứu, tìm hiểu qua sách, báo, các tài liệu trên internet, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về kỹ thuật bảo quản thuốc, ứng dụng kiến thức đã biết về lập trình IoT và xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển qua websever. Sau đó thiết kế mạch điều khiển, sau đó tiến hành lắp ráp mạch, hoàn thiện mô hình. 1.3. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu mô hình điều khiển máy lạnh và máy phun sương qua websever. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên các kiến thức đã học Trường ĐHBRVT về lập trình IoT. Trường ĐHBRVT - Ứng dụng các công nghệ gần gũi với cuộc sống của con người để xây dựng lên hệ thống điều khiển từ xa. - Xây dựng hệ thống đơn giản, thông minh, ít tốn kém (cả tiền đầu tư và bảo dưỡng), không phụ thuộc vào các ứng dụng sẵn có mà có thể thay đổi. Độ bền của hệ thống cao và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. 1.4. - Tính tối ưu của đề tài Sử dụng mạng internet qua máy tính hoặc điện thoại, đơn giản trong việc sử dụng góp phần nâng cao chất lượng bảo quản thuốc. - Tiết kiệm được chi phí thuê nhân công giám sát và tăng tính hiệu quả của giám sát. - Chi phí đầu tư thấp, hệ thống ổn định và có độ bền cao. - Mô hình đơn giản, dễ thao tác và sử dụng. - Có tính linh động, có thể mở rộng và phát triển theo nhu cầu của khách hàng sau này. Trường ĐHBRVT CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ THUỐC VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA THUỐC 2.1. Giới thiệu chung Hiện nay, thuốc rất quan trọng cho mọi người. Thuốc là một trong những yếu tố quan trọng trong công tác chăm sóc sức khoẻ nhân dân, có trách nhiệm bảo đảm cung ứng đủ nhu cầu hợp lí về thuốc chữa bệnh cho nhân dân và tiến hành mọi hoạt động có liên quan để bảo đảm cung ứng tốt, bao gồm sản xuất, mua bán, xuất nhập, phân phối, tồn trữ, bảo đảm chất lượng thuốc, sử dụng thuốc hợp lí, an toàn. Những năm gần đây công nghiệp Dược ở nhiều nước và ở nước ta phát triển mạnh mẽ; số mặt hàng thuốc được đưa ra thị trường và được sử dụng ngày càng nhiều trong điều trị cũng gây khó khăn cho việc quản lí thuốc. Chi phí về thuốc ngày càng tăng trong ngân sách Y tế, đặc biệt là các nước đang phát triển. Mỗi nước có những đặc điểm riêng về kinh tế, xã hội và truyền thống văn hóa nên có những yêu cầu và giải pháp cụ thể giải quyết vấn đề thuốc cho nước mình. Ở Việt Nam, trong những năm qua, Nhà nước ta đã ban hành nhiều văn bản chính sách liên quan đến thuốc, nhưng còn chưa đồng bộ. Hiện nay, lượng thuốc chữa bệnh tăng lên nhiều, chủng loại rất phong phú, đa dạng, chất lượng có tiến bộ, việc cung ứng thuốc cho dân đã được cải thiện, nhưng cũng còn một hạn chế như mạng lưới phân phối thuốc chưa đều khắp, có tình trạng lạm dụng thuốc trong điều trị gây tốn kém và tác hại, công tác quản lí nhà nước chưa theo kịp yêu cầu của tình hình thực tế. Vì thế Chính phủ ban hành có chính sách quốc gia về thuốc làm cơ sở cho ngành Dược nói riêng và ngành Y tế nói chung thực hiện tốt chức năng chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ nhân dân trong thời kì mới. 2.2. Những loại thuốc đa số ai cũng biết đến Thuốc tiêu hóa, Thuốc đau đầu, giảm đau. Thuốc hạ sốt, cảm cúm. Nước muối sinh lý. Miếng dán salonpas. Thuốc sát trùng. Các loại dầu gió. Các loại thuốc da liễu…. Trường ĐHBRVT Hình 1.1. các loại thuốc thường gặp Trường ĐHBRVT 2.3. Khái niệm về thuốc Thuốc là chế phẩm có chứa dược chất hoặc dược liệu dùng cho người nhằm mục đích phòng bệnh, chẩn đoán bệnh, chữa bệnh, điều trị bệnh, giảm nhẹ bệnh, Điều chỉnh chức năng sinh lý cơ thể người bao gồm thuốc hóa dược, thuốc dược liệu, thuốc cổ truyền, vắc xin và sinh phẩm. 2.4. Lợi ích của thuốc Thực tế là ngoài yếu tố chủ quan từ người bệnh như độ tuổi, giới tính, tình trạng sức khỏe, tâm sinh lý, thói quen ăn uống và sinh hoạt, thuốc đóng một vai trò rất quan trọng trong sự thành công của quá trình trị liệu. 2.5. Khái niệm Internet of things (viết tắt là IoT) Internet of things (viết tắt là IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa. IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một người sống trong thành thị có thể Trường ĐHBRVT bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi. 2.6. Đặc tính cơ bản của IoT - Tính kết nối liên thông (interconnectivity): Với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể. - Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng khác nhau, và network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network. - Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ như ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi. - Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người. 2.7. Ứng dụng của IoT IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thư như sau: - Quản lí chất thải. - Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị. - Quản lí môi trường. - Phản hồi trong các tình huống khẩn cấp. - Mua sắm thông minh. - Quản lí các thiết bị cá nhân. - Đồng hồ đo thông minh. - Tự động hóa ngôi nhà. - …. Trường ĐHBRVT CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ 3.1. Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 3.1.1. Giới thiệu Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT. Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua sử dụng chip nạp và giao tiếp UART mới và ổn định nhất là CP2102 có khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Window và Linux, đây là phiên bản nâng cấp từ các phiên bản sử dụng IC nạp giá rẻ CH340. Hình 3.1. ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 3.1.2. Thông số kỹ thuật của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 • Hỗ trợ Arduino IDE 1 và Arduino ESP8266. Trường ĐHBRVT • Sử dụng module wifi ESP – 12E. • Nguồn vào: Cấp nguồn 5V và chương trình thông qua cổng USB. • Kích thước: 49 x 24.5 x 13mm. • IC chính: ESP8266 Wifi SoC. Trường ĐHBRVT 3.1.3. • Phiên bản firmware: Node MCU. • Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. • GPIO tương thích hoàn toàn với firmware - Node MCU. • Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin. • GIPO giao tiếp mức 3.3VDC. • Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash. • Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. Sơ đồ chân Hình 3.2. Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 3.2. Bộ điều khiển relay 4 kênh Relay 4 Kênh gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A. Relay 4 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp Trường ĐHBRVT cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định. Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển. Trường ĐHBRVT Relay 4 kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay, ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC. Hình 3.3. Bộ điều khiển relay 4 kênh Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển relay 4 kênh: - Điện áp hoạt động: 5VDC. - Dòng tiêu thụ: 200mA/1Relay - Tín hiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper. - Relay trên mạch: + Nguồn nuôi: 5VDC. + Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A - Kích thước: 72mm * 55mm * 19mm. 3.3. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều. Thông tin kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11: - Nguồn: 3÷5VDC. - Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu). - Đo tốt ở độ ẩm 2080%RH với sai số 5%. - Đo tốt ở nhiệt độ 0°C to 50°C sai số ±2°C. Trường ĐHBRVT - Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần). Trường ĐHBRVT - Kích thước: 15mm x 12mm x 5.5mm. - 4 chân, khoảng cách chân 0.1''. Hình 3.4. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11. 3.4. Giới thiệu màn hình LCD 16x2 - Sử dụng rộng dãi và đa dạng trong các ứng dụng khác nhau của VĐK. - Hiển thị 16 ký tự x 2 line, chữ đen trên nền phông xanh lá. - Hướng xem rõ nhất: 06:00 - Có khả năng hiện thị ký tự linh hoạt, đa dạng, trực quan theo font 5x8 Dots có sẵn (hiển thị cả số, chữ, ký tự đồ họa, ký tự đặc biệt ...). - Dễ dàng giao tiếp với các loại VĐK theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau. - Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ. 3.4.1. Hình dáng và kích thước LCD Trường ĐHBRVT Hình 3.5. Màn hình LCD 16x2 Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Trường ĐHBRVT 3.4.2. Chức năng các chân của LCD Chân 1 Ký hiệu Vss Mô tả Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển. 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC= 5V của mạch điều khiển. 3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD 4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: “Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh In 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. 5 R/W 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. 6 E 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 chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transitioon) của chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nà chân E xuống mức thấp. Trường ĐHBRVT 7-14 DB0- Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông DB7 tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này: + Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7.