Mô hình vườn iot sử dụng hệ thống chiếu sáng thông minh có kết nối wifi và kết nối qua app điện thoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƯỜN IOT SỬ DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH CÓ KẾT NỐI WIFI VÀ KẾT NỐI QUA APP ĐIỆN THOẠI Ngành KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hùng SVTH Đoàn Nguyễn Minh Nhựt MSSV 1711020518 Lớp 17DDCA1 SVTH Trần Quốc Nguyên MSSV 1711020191 Lớp 17DDCA1 SVTH Phạm Chí Tình MSSV 1711020100 Lớp 17DDCA1 Tp HCM, ngày 05 tháng 9 năm 2021 ii LỜI CẢM ƠN Quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp là giai đo.

GIỚI THIỆU MÔ HÌNH VƯỜN IOT CHIẾU SÁNG

Tóm tắt để tài

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp và công nghệ thông tin đã thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ cao trong ngành nông nghiệp, trở thành một vấn đề quan trọng hiện nay Nhiều quốc gia phát triển như Nhật Bản, Anh, Pháp và Mỹ đã sớm nghiên cứu và áp dụng công nghệ thông tin cũng như tự động hóa vào nông nghiệp, mang lại hiệu quả to lớn cho lĩnh vực này.

Việc áp dụng tự động hóa trong nông nghiệp, đặc biệt là tại các vườn ươm, đã giúp việc giám sát và điều khiển các công việc trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết Người dùng có thể điều khiển hệ thống một cách tự động hoặc từ xa mà không cần có mặt tại chỗ Sự phát triển của công nghệ thông tin đã rút ngắn khoảng cách về không gian và thời gian, cho phép người vận hành điều khiển hệ thống từ hàng ngàn kilomet chỉ với một chiếc máy tính hoặc điện thoại.

Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về trồng rau trong các gia đình, việc tạo ra một không gian phù hợp cho hệ thống vườn thông minh không phải là điều dễ dàng Vì vậy, ý tưởng về khu vườn thông minh đã được phát triển để phục vụ nhu cầu trồng rau của mỗi gia đình.

Không cần diện tích lớn, bạn vẫn có thể trồng rau và biến chúng thành sản phẩm trang trí trong nhà Mô hình này giúp nhiều gia đình tiếp cận với việc trồng trọt, đặc biệt trong bối cảnh nông nghiệp Việt Nam còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu và phương pháp canh tác truyền thống.

Để đảm bảo sự phát triển tối ưu cho cây trồng, cần thiết phải sử dụng các thiết bị kỹ thuật có khả năng đo đạc và điều khiển các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và chất dinh dưỡng, phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây.

Chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế mô hình vườn IoT kết hợp với hệ thống chiếu sáng Do thời gian và kiến thức còn hạn chế, không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy Cô thông cảm Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý Thầy Cô và các bạn để có thể hoàn thiện và phát triển đề tài này.

Đặt vấn đề

Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực và là một trong hai ngành sản xuất chính của nền kinh tế Khu vực này không chỉ cung cấp nguồn sống cho xã hội mà còn là thị trường rộng lớn để tiêu thụ sản phẩm và cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.

Việt Nam hiện nay là một quốc gia chủ yếu sản xuất nông nghiệp, với hơn 66,9% dân số sống ở nông thôn và 42% lao động trong lĩnh vực nông nghiệp Mặc dù nước ta đang chuyển mình hướng tới phát triển công nghiệp, điều này mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành nông nghiệp Hơn nữa, sản xuất nông nghiệp đang đối mặt với nhiều thách thức do hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng gia tăng, liên quan đến biến đổi khí hậu toàn cầu, làm giảm năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp Tình hình này đặt ra bài toán khó khăn trong việc giải quyết vấn đề nhân lực cho ngành nông nghiệp.

Việc tìm kiếm giải pháp mới để ổn định và nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất thu hoạch đã trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà nước trong những năm qua Ứng dụng công nghệ trong chăm sóc và thu hoạch nông nghiệp không chỉ giúp khắc phục vấn đề thiên tai và môi trường, mà còn tiết kiệm nhân lực và gia tăng năng suất cây trồng Một trong những công nghệ nổi bật được áp dụng trong nông nghiệp gần đây là Internet of Things (IoT), góp phần đơn giản hóa việc quản lý và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Chúng tôi đã chọn đề tài “MÔ HÌNH VƯỜN IOT SỬ DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH CÓ KẾT NỐI WIFI VÀ KẾT NỐI QUA APP ĐIỆN THOẠI” để nghiên cứu tác động của công nghệ đến sự phát triển cây trồng và khả năng quản lý của người điều khiển Mô hình này đang mang lại nhiều kết quả thành công và ngày càng được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp, đồng thời cũng tìm hiểu thêm về các ứng dụng công nghệ điện tử trong lĩnh vực này.

Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống IoT trong nông nghiệp có khả năng giám sát nhiệt độ và độ ẩm thông qua cảm biến, đồng thời ổn định điều kiện môi trường bằng bơm nước Hệ thống này cho phép người dùng thực hiện các thao tác giám sát và điều khiển dễ dàng thông qua một trang web và ứng dụng trên smartphone.

Nội dung nghiên cứu

Thiết kế phần cài đặt loại cây trồng trên website cho phép người dùng cập nhật các thông số giới hạn, giúp điều khiển hệ thống ở hai chế độ: tự động và bằng tay.

Nội dung 2: Thiết kế - thi Công mạch điều khiển

Nội dung 3: Thiết kế - thi Công mô hình trồng rau trong nông nghiệp

Nội dung 4: Nhận xét - đánh giá kết quả thực hiện Hoàn thiện mô hình

Nội dung 5: Hoàn thành luận văn.

Giới hạn

Đề tài MÔ HÌNH VƯỜN IOT SỬ DỤNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH CÓ KẾT NỐI WIFI VÀ KẾT NỐI QUA APP ĐIỆN THOẠI gồm:

 Kích thước của mô hình thi công: dài 70 cm rộng 70 cm

Sử dụng hai module cảm biến, bao gồm module cảm biến độ ẩm đất và module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí, để thu thập và truyền dữ liệu môi trường của đối tượng canh tác vào bộ điều khiển trung tâm.

 Một ESP32 đóng vai trò làm bộ điều khiển trung tâm

Bố cục

Trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí 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

Trình bày các lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Bài viết này tổng quan các yêu cầu thiết kế và tính toán hệ thống, bao gồm sơ đồ nguyên lý toàn mạch và chi tiết từng phần của hệ thống.

Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Trình bày kết quả thi công phần cứng và kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê

Chương 5: Kết Quả - Nhận xét – Đánh giá

Nhận xét và đánh giá là bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu, bao gồm việc trình bày kết quả nghiên cứu, thời gian thực hiện, và những thành tựu đạt được Bên cạnh đó, cần có những nhận xét và đánh giá sâu sắc về đề tài cũng như tính ứng dụng của nó trong thực tiễn, nhằm khẳng định giá trị và ý nghĩa của nghiên cứu.

Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Bài viết này trình bày kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu, đồng thời đưa ra nhận xét và đánh giá về những thành tựu của đề tài nghiên cứu Ngoài ra, bài viết cũng đề xuất hướng phát triển cho đề tài trong tương lai, nhằm nâng cao giá trị và ứng dụng của nghiên cứu trong quá trình tiếp theo.

TỔNG QUAN VÀ GIẢI PHÁP

IOT trong công nghiệp

Kể từ khi ra mắt cách đây gần 20 năm, ứng dụng IoT đã trở thành một trong những lĩnh vực công nghệ phát triển mạnh mẽ trong cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0, đặc biệt là trong ngành nông nghiệp Việc áp dụng IoT trong nông nghiệp không chỉ tạo ra môi trường sản xuất năng động và khoa học mà còn giúp giải phóng sức lao động, tăng năng suất và mang lại hiệu quả kinh tế cao Điều này góp phần nâng cao tính chuyên nghiệp và cải thiện bộ mặt của nền nông nghiệp Việt Nam trong tương lai gần.

Hình 2.1: Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp [1]

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng Công nghệ IOT

Kiến trúc của Internet vạn vật (IoT) bao gồm bốn thành phần cơ bản: Vạn vật (Things), Trạm kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng (Internet) và lớp dịch vụ (Service).

Ngày nay, có rất nhiều vật dụng hiện hữu trong cuộc sống, từ các khu canh tác đến trong nhà và trên thiết bị di động Giải pháp IoT cho phép kết nối và quản lý dữ liệu của các thiết bị thông minh trong nông nghiệp một cách hiệu quả, đồng thời các thiết bị không thông minh cũng có thể được kết nối thông qua các trạm kết nối Nhờ đó, các vật dụng này có thể thực hiện nhiệm vụ quản lý đối tượng nông nghiệp một cách tối ưu.

Trạm kết nối (Gateways) là một vùng trung gian quan trọng, cho phép các thiết bị kết nối với điện toán đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý Gateways có thể là thiết bị vật lý hoặc phần mềm, đóng vai trò kết nối giữa điện toán đám mây và các bộ điều khiển, cảm biến, cũng như các thiết bị thông minh.

Hạ tầng mạng Internet là một hệ thống toàn cầu bao gồm nhiều mạng IP kết nối với nhau và với các máy tính Nó bao gồm các thiết bị như định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp và thiết bị lặp, giúp kiểm soát lưu lượng dữ liệu Hệ thống này cũng được kết nối với mạng lưới viễn thông và cáp, được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

Lớp dịch vụ (Service) bao gồm các ứng dụng do các hãng công nghệ hoặc người dùng phát triển, nhằm giúp tối ưu hóa việc sử dụng các sản phẩm IoT Những ứng dụng này không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn giúp người dùng khai thác tối đa giá trị của sản phẩm IoT.

IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thư như sau:

 Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị

 Tự động hóa ngôi nhà

Hình 2.2: Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT [1]

2.1.3 Ứng dụng IoT trong nông nghiệp

IoT trong nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển Nông nghiệp Thông minh, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và gia tăng giá trị hàng nông phẩm.

Nông nghiệp thông minh là khái niệm bao gồm các hoạt động sản xuất thực phẩm ứng dụng công nghệ 4.0 như IoT, Big Data và công nghệ phân tích tiên tiến Phân tích dữ liệu là ứng dụng quan trọng nhất, giúp trực quan hóa và hệ thống hóa quản lý Việc phân tích dữ liệu từ cảm biến tăng cường tính minh bạch trong quy trình nông nghiệp, mang lại cho nông dân những hiểu biết quý giá về hiệu suất của cánh đồng và nhà kính Hơn nữa, trong mô hình nông nghiệp thông minh, nông dân còn có thể nhận được tư vấn từ hệ thống AI, được phát triển dựa trên kiến thức của các nhà khoa học.

Các ứng dụng IoT trong nông nghiệp thông minh bao gồm các hệ thống cảm biến để theo dõi cây trồng, đất đai, đồng ruộng, chăn nuôi, kho chứa và các yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến sản xuất.

Xe nông nghiệp thông minh, máy bay không người lái, và robot tự động đang cách mạng hóa ngành nông nghiệp Các thiết bị truyền động hiện đại cùng với không gian sản xuất nông nghiệp kết nối như nhà kính thông minh và hệ thống thủy canh, tạo ra hiệu quả cao trong việc sản xuất thực phẩm.

Hình 2.4: Mô hình tưới rau Iot

2.1.3.2 Lợi ích của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp

Ứng dụng IoT trong nông nghiệp mang lại hiệu quả vượt trội, giúp giảm tài nguyên và chi phí, đồng thời tự động hóa quy trình dựa trên phân tích dữ liệu Vai trò của IoT trong ngành nông nghiệp là vô cùng quan trọng, cung cấp các giải pháp đột phá để giải quyết những vấn đề cấp bách liên quan đến sự sinh tồn và phát triển của loài người.

Ngày nay, ngành nông nghiệp đang đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm áp lực phải sản xuất nhiều hơn trong khi chất lượng đất giảm sút và biến động thời tiết ngày càng phức tạp Công nghệ IoT trong nông nghiệp giúp nông dân theo dõi sản phẩm và điều kiện canh tác theo thời gian thực, từ đó cung cấp thông tin chi tiết nhanh chóng, dự đoán vấn đề trước khi chúng xảy ra và đưa ra quyết định hợp lý để phòng tránh Hơn nữa, các giải pháp IoT cũng cho phép tự động hóa quy trình sản xuất, như tưới tiêu và bón phân theo nhu cầu, cùng với việc sử dụng robot thu hoạch tự động.

Khi dân số thế giới đạt 9 tỷ người, 70% sẽ sinh sống tại các khu vực đô thị Để đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho công dân thành phố, nhà kính và hệ thống thủy canh dựa trên IoT sẽ đóng vai trò quan trọng, cung cấp trái cây và rau tươi Các hệ thống nông nghiệp khép kín thông minh cho phép trồng thực phẩm ở nhiều nơi như siêu thị, tòa nhà chọc trời, tường, mái nhà, và cả trong hộ gia đình.

Nhiều giải pháp IoT trong nông nghiệp hiện nay tập trung vào việc tối ưu hóa tài nguyên như nước, năng lượng và đất đai Công nghệ canh tác chính xác giúp nông dân quản lý hiệu quả hơn các yếu tố này, từ đó nâng cao năng suất và giảm thiểu lãng phí.

Sử dụng IoT dựa trên dữ liệu từ các cảm biến giúp nông dân tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên, đảm bảo cung cấp đủ điều kiện cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của nông sản.

Chuẩn truyền dữ liệu, chuẩn kết nối

2.2.1 Giao thức truyền dữ liệu bằng Wifi

Wifi, viết tắt của Wireless Fidelity hay mạng 802.11, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến tương tự như điện thoại di động, truyền hình và radio Kết nối Wifi được nhiều kỹ sư giải pháp ưa chuộng nhờ tính thông dụng và kinh tế của nó, đặc biệt trong việc thiết lập mạng LAN trong một phạm vi địa lý có giới hạn.

Sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi tương tự như sóng vô tuyến cho điện thoại di động và các thiết bị khác, với khả năng chuyển và nhận sóng cũng như chuyển đổi mã nhị phân 1 và 0 Tuy nhiên, sóng WiFi có sự khác biệt khi truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz, cao hơn so với tần số của điện thoại di động và truyền hình Tần số cao hơn này cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.

Hiện nay, hầu hết các thiết bị WiFi sử dụng chuẩn 802.11n, hoạt động ở tần số 2.4GHz với tốc độ tối đa 300 Megabit/giây Hệ thống này đã được triển khai tại nhiều địa điểm như sân bay, quán café, thư viện và khách sạn, cho phép người dùng truy cập Internet mà không cần cáp nối Ngoài các điểm kết nối công cộng, WiFi cũng có thể được thiết lập tại nhà riêng Tên gọi 802.11 xuất phát từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), nơi phát triển nhiều chuẩn cho các giao thức kỹ thuật khác nhau, với 6 chuẩn WiFi phổ biến hiện nay là 802.11a/b/g/n/ac/ad.

Máy tính xách tay được kết nối với router thông qua thẻ adapter cắm vào cổng PC card, với router có hai ăng-ten ở phía sau Giao tiếp qua mạng không dây diễn ra theo hình thức truyền thông vô tuyến hai chiều, sử dụng thiết bị adapter không dây để chuyển tín hiệu.

14 dây) của máy tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng một ăng-ten

Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng Nó gởi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet

Quy trình này hoạt động theo chiều ngược lại, trong đó router nhận dữ liệu từ Internet, chuyển đổi chúng thành tín hiệu vô tuyến và gửi đến adapter không dây của máy tính.

Sóng vô tuyến được sử dụng cho WiFi tương tự như sóng vô tuyến cho các thiết bị di động và điện thoại, cho phép truyền và nhận tín hiệu bằng cách chuyển đổi mã nhị phân 1 và 0 Tuy nhiên, sóng WiFi khác biệt ở chỗ chúng hoạt động ở tần số 2.4 GHz, 5 GHz hoặc 60 GHz, cao hơn so với tần số của điện thoại di động, thiết bị cầm tay và truyền hình Tần số cao hơn này giúp tín hiệu WiFi mang theo nhiều dữ liệu hơn, cải thiện hiệu suất truyền tải.

Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên của công nghệ Wi-Fi, nổi bật với tốc độ chậm nhất và chi phí thấp nhất trong các chuẩn hiện có Với tần số phát sóng 2.4 GHz, chuẩn này có khả năng xử lý dữ liệu lên đến 11 megabit/giây và sử dụng mã CCK (complimentary code keying) Tuy nhiên, do sự phát triển của các chuẩn mới hơn, 802.11b ngày càng trở nên ít phổ biến.

Chuẩn 802.11g hoạt động ở tần số 2.4 GHz và có tốc độ xử lý lên đến 54 megabit/giây, nhanh hơn so với chuẩn 802.11b Sự cải tiến này nhờ vào việc sử dụng công nghệ mã hóa OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), mang lại hiệu quả cao hơn trong việc truyền tải dữ liệu.

Chuẩn 802.11a hoạt động ở tần số 5 GHz và có tốc độ tối đa đạt 54 megabit/giây, sử dụng công nghệ mã hóa OFDM Mặc dù chuẩn 802.11n ra đời sau và có tốc độ nhanh hơn, nhưng nó vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng trong công nghệ mạng không dây.

+ Chuẩn 802.11n cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11a, tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt 450 megabit/giây

+ Chuẩn 802.11ac phát ở tần số 5 GHz nhanh hơn so với chuẩn 802.11n, tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt đến 1.3 Gigabit/giây

+ Chuẩn 802.11ad phát ở tần số 60 GHz nhanh hơn so với chuẩn 802.11ac, tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt đến 4,6 Gigabit/giây

WiFi hoạt động trên ba tần số khác nhau, cho phép chuyển đổi nhanh chóng giữa chúng Điều này giúp giảm thiểu nhiễu sóng và hỗ trợ nhiều thiết bị kết nối không dây đồng thời.

Một adapter cắm vào khe PCI cho máy tính để bàn

Các máy tính nằm trong vùng phủ sóng WiFi cần có các bộ thu không dây, adapter, để có thể kết nối vào mạng

Các bộ adapter không dây có thể được tích hợp vào máy tính xách tay hoặc để bàn hiện đại, hoặc thiết kế dưới dạng cắm vào khe PC card, cổng USB, hoặc khe PCI Sau khi cài đặt adapter và phần mềm điều khiển, máy tính sẽ tự động nhận diện và hiển thị các mạng không dây có sẵn trong khu vực.

 Nguồn phát sóng WiFi là máy tính với:

 Một cổng để nối cáp hoặc modem ADSL

 Một router (bộ định tuyến) • Một hub Ethernet

 Một access point không dây

 Hầu hết các router có độ phủ sóng trong khoảng bán kính 30,5 m về mọi hướng

2.2.6 Các chuẩn bảo mật WiFi

WEP (Wired Equivalent Privacy) là một thuật toán bảo mật cho mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11 Ban đầu, các thiết bị WiFi chỉ hỗ trợ chuẩn bảo mật 64 bit, nhưng sau đó đã có những cải tiến với chuẩn bảo mật 128 bit.

Bảo mật WEP với độ dài khóa 256 bit đã bộc lộ nhiều lỗ hổng nghiêm trọng, cho phép các khóa WEP bị crack chỉ trong vài phút bằng phần mềm miễn phí Đến năm 2004, với sự ra đời của các chuẩn bảo mật mới như WPA và WPA2, IEEE đã tuyên bố ngừng hỗ trợ chuẩn WEP cho bảo mật WiFi WPA (Wi-Fi Protected Access) là giao thức và chuẩn bảo mật WiFi được phát triển bởi Liên hiệp Wifi (Wifi Alliance) nhằm thay thế WEP, khắc phục những điểm yếu bảo mật trước đó.

Phiên bản phổ biến nhất của WPA là WPA-PSK (Pre-Shared Key), sử dụng mã hóa 256 bit, mang lại mức độ bảo mật cao hơn so với mã hóa 64 bit và 128 bit của WEP WPA hỗ trợ TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), giúp bảo vệ các gói tin truyền trong WIFI khỏi việc bị đánh cắp Tuy nhiên, TKIP đã bộc lộ một số lỗ hổng bảo mật và đã được thay thế bởi AES (Advanced Encryption Standard), giao thức được sử dụng trong cả WPA và WPA2.

WPA2 (WiFi Protected Access II) là giao thức bảo mật wifi được giới thiệu vào năm 2006, thay thế cho WPA và hiện được coi là tiêu chuẩn bảo mật an toàn nhất Nó sử dụng giao thức mã hóa AES cùng với CCMP (CTR mode with CBC-MAC Protocol) để đảm bảo tính bảo mật và toàn vẹn của dữ liệu truyền tải Đến nay, WPA2 với AES vẫn là lựa chọn bảo mật wifi tốt nhất.

Giao thức INTERNET PROTOCOL

Giao thức Internet (IP) là một giao thức hướng dữ liệu quan trọng, cho phép các máy chủ nguồn và đích truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.

Trong một mạng chuyển mạch gói dữ liệu IP, dữ liệu được gửi dưới dạng các gói (packet hoặc datagram) mà không cần thiết lập đường truyền trước IP cung cấp dịch vụ gửi dữ liệu không đảm bảo, nghĩa là gói dữ liệu có thể đến nơi không nguyên vẹn, không theo thứ tự, bị trùng lặp hoặc mất hoàn toàn Để đảm bảo tính toàn vẹn cho dữ liệu, các ứng dụng thường sử dụng các giao thức vận chuyển nằm trên IP.

Các thiết bị định tuyến liên mạng thực hiện việc chuyển tiếp các gói tin IP qua các mạng liên kết dữ liệu, giúp đơn giản hóa thiết kế của các chuyển mạch gói nhờ vào việc không đảm bảo gửi dữ liệu Mặc dù có khả năng xảy ra tình trạng mất gói tin, đổi thứ tự hoặc hỏng gói tin, hầu hết các thành phần trong mạng đều nỗ lực để hạn chế những vấn đề này Do đó, giao thức này thường được gọi là "cố gắng cao nhất" Khi lỗi xảy ra không thường xuyên, ảnh hưởng đến người dùng sẽ không đủ nghiêm trọng để họ nhận thấy sự khác biệt trong hoạt động mạng.

IP là một phần quan trọng của mạng Internet hiện nay, với giao thức phổ biến nhất là IPv4, sử dụng 32 bit để tạo ra khoảng 4 tỷ địa chỉ Tuy nhiên, do sự cạn kiệt địa chỉ IPv4, IPv6 đã được đề xuất như một giải pháp kế tiếp, cung cấp địa chỉ 128 bit với khả năng tạo ra khoảng 3.4×10^38 địa chỉ Các phiên bản IP từ 0 đến 3 đã bị hạn chế hoặc không còn sử dụng, trong khi phiên bản 5 được dùng cho giao thức dòng thử nghiệm Các phiên bản khác chủ yếu là thử nghiệm và không được áp dụng rộng rãi Địa chỉ IP được cấu trúc thành 4 số, mỗi số nằm trong khoảng từ 0 đến 255 và được lưu trữ bởi 1 byte.

Địa chỉ IP có kích thước 4 byte và được phân chia thành ba lớp: A, B và C Lớp A cho phép tối đa 16 triệu địa chỉ, trong khi lớp B có khả năng cung cấp 65.536 địa chỉ.

Với địa chỉ IP 132.25, chúng ta có dải địa chỉ từ 132.25.0.0 đến 132.25.255.255 Đa số các địa chỉ thuộc lớp A thường được sở hữu bởi các công ty hoặc tổ chức Các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thường sở hữu một số địa chỉ thuộc lớp B hoặc C Ví dụ, nếu địa chỉ IP của bạn là 132.25.23.24, bạn có thể xác định nhà cung cấp dịch vụ Internet của mình thông qua dải địa chỉ 132.25.x.

Trên Internet, địa chỉ IP là duy nhất cho mỗi người và đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện các máy tính kết nối với nhau Điều này giải thích lý do bạn có thể bị cấm khỏi IRC và cách mà người khác có thể xác định được địa chỉ IP của bạn Địa chỉ IP có thể được phát hiện dễ dàng thông qua nhiều phương thức khác nhau.

 Bạn lướt qua một trang web, IP của bạn bị ghi lại

 Trên IRC, bất kì ai cũng có thể có IP của bạn

 Trên ICQ, mọi người có thể biết IP của bạn, thậm chí bạn chọn ``do not show IP`` người ta vẫn lấy được nó

 Nếu bạn kết nối với một ai đó, họ có thế gõ ``netstat –n ``, và biết được ai đang kết nối đên họ

 Nếu ai đó gửi cho bạn một email với một đoạn mã java tóm IP, họ cũng có thể tóm được IP của bạn

 Có thể dùng những phần mềm như tcpdump hay wireshark để nhìn vào gói tin

IP và tìm ra IP của bạn

+ Định tuyến và địa chỉ IP

Một trong những khía cạnh phức tạp của IP là việc đánh địa chỉ và định tuyến Đánh địa chỉ bao gồm việc cấp địa chỉ IP cho các máy đầu cuối và phân chia các mạng con Định tuyến IP được thực hiện bởi tất cả các máy chủ, nhưng thiết bị định tuyến liên mạng đóng vai trò quan trọng nhất Các thiết bị này thường sử dụng giao thức cổng trong (IGP) hoặc giao thức cổng ngoài (EGP) để đưa ra quyết định chuyển tiếp các gói tin IP qua các mạng kết nối bằng giao thức IP.

Giới thiệu phần cứng

Chip ESP32 sở hữu 48 chân, mỗi chân có thể được cấu hình cho nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng ứng dụng Tuy nhiên, không phải tất cả các chân đều có sẵn qua kết nối trên tất cả các bảng phát triển ESP32, và một số chân không thể sử dụng được.

Kit RF thu phát wifi bluetooth ESP32 tích hợp anten và RF, hoạt động tiết kiệm năng lượng, ổn định và chống nhiễu tốt Đây là giải pháp chi phí thấp nhất cho dự án sử dụng wifi 2.4GHz và bluetooth với công nghệ TSMC 40nm tiết kiệm năng lượng.

Hình 2.8: Sơ đồ chân Esp32

 Hiệu suất cao với giá thấp

 Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp hệ thống

 Bộ xử lý mạnh mẻ

 Hổ trợ các chế độ: AP, STA, và AP+STA

 Hổ trợ chương trình LUA, dễ dàng phát triển

2.4.1.2 Thiết bị ngoại vi ESP32

Các thiết bị ngoại vi ESP32 bao gồm:

 18 kênh chuyển đổi tương tự sang số (ADC)

 2 bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC)

 10 GPIO cảm biến điện dung

ESP32 cho phép gán các tính năng ADC (chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số) và DAC (chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) cho các chân tĩnh cụ thể Ngoài ra, bạn có thể tùy chọn các chân cho giao thức UART, I2C, SPI và PWM chỉ bằng cách gán trong mã, nhờ vào tính năng ghép kênh của ESP32.

2.4.1.3 Chân chỉ được cấu hình làm đầu vào

GPIO 34 đến 39 là GPI – chân chỉ được cấu hình đầu vào Các chân này không có điện trở kéo lên hoặc điện trở kéo xuống Chúng không thể được sử dụng làm đầu ra

2.4.1.4 Chân được kết nối với bộ nhớ SPI Flash nội bộ trên ESP-WROOM-32

GPIO 6 đến GPIO 11 được đưa ra trong một số bảng phát triển ESP32 Tuy nhiên, các chân này được kết nối với Flash SPI tích hợp trên chip ESP-WROOM-32 và không được khuyến nghị cho các mục đích sử dụng khác Vì vậy, không sử dụng các chân này trong các dự án của bạn:

2.4.1.5 Chân có thể được cấu hình làm cảm ứng điện dung

ESP32 được trang bị 10 cảm biến cảm ứng điện dung, có khả năng phát hiện các biến đổi trong các vật thể có điện tích, chẳng hạn như da người Điều này cho phép ESP32 tương tác hiệu quả với môi trường xung quanh.

Việc phát hiện các mức điện dung thay đổi khi chạm ngón tay vào GPIO cho phép tích hợp dễ dàng vào các miếng đệm điện dung, thay thế cho các nút cơ học Các chân cảm ứng điện dung không chỉ phục vụ cho việc điều khiển mà còn có khả năng đánh thức ESP32 khỏi chế độ ngủ sâu Những cảm biến cảm ứng bên trong được kết nối trực tiếp với các GPIO này, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong việc sử dụng.

2.4.1.6 Chân sử dụng đọc ADC-Bộ chuyển đổi tương tự sang số

ESP32 sở hữu 18 kênh đầu vào ADC 12 bit, vượt trội hơn so với ESP8266 chỉ có 1 kênh 10 bit Các GPIO trên ESP32 có thể được sử dụng làm ADC, với các kênh tương ứng được xác định rõ ràng.

2.4.1.7 Chân cấu hình chế khởi động

Chip ESP32 có các chân đóng đai sau:

 GPIO 5 (phải CAO trong khi khởi động)

 GPIO 12 (phải THẤP trong khi khởi động)

 GPIO 15 (phải CAO trong khi khởi động)

ESP32 có thể được đặt vào chế độ khởi động hoặc nhấp nháy thông qua việc điều chỉnh các chân của nó Trên hầu hết các bảng phát triển tích hợp USB – UART, người dùng không cần phải lo lắng về trạng thái của các chân này, vì bảng sẽ tự động điều chỉnh chúng cho chế độ nhấp nháy hoặc khởi động Để biết thêm thông tin chi tiết về cách lựa chọn chế độ khởi động cho ESP32, bạn có thể tham khảo tại đây.

Khi có thiết bị ngoại vi kết nối với các chân của ESP32, bạn có thể gặp khó khăn trong việc tải mã mới hoặc flash firmware Nếu gặp sự cố, có thể do thiết bị ngoại vi ngăn không cho ESP32 vào chế độ đúng Để khắc phục, hãy tham khảo tài liệu về chế độ khởi động của ESP32 để được hướng dẫn Sau khi thực hiện reset, flash hoặc khởi động lại, các chân sẽ hoạt động như mong đợi.

2.4.1.8 Chân ở mức cao khi khởi động

Một số GPIO trên ESP32 có thể thay đổi trạng thái thành tín hiệu CAO hoặc đầu ra khi khởi động hoặc đặt lại Điều này có thể dẫn đến việc nhận được kết quả không mong muốn nếu đầu ra được kết nối với các GPIO này trong quá trình khởi động hoặc đặt lại.

 GPIO 6 đến GPIO 11 (được kết nối với bộ nhớ flash SPI tích hợp ESP32 – không nên sử dụng)

Chân EN là chân kích hoạt của bộ điều chỉnh 3.3V và được kéo lên để kết nối với mặt đất, từ đó vô hiệu hóa bộ điều chỉnh này Điều này cho phép bạn sử dụng chân EN kết nối với một nút bấm, giúp khởi động lại ESP32 của bạn như một nút reset hiệu quả.

2.4.1.10 Giới hạn dòng điện trên các chân GPIO

Dòng điện tối đa tuyệt được cung cấp trên mỗi GPIO là 40mA theo phần Recommended Operating Conditions

2.4.1.11 Cảm biến Hall tích hợp ESP32

ESP32 cũng có cảm biến hiệu ứng hội trường tích hợp giúp phát hiện các thay đổi trong từ trường trong môi trường xung quanh

Sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT: các thiết bị thông minh trong nhà, giám sát và điều khiển không dây…

 Điện Áp Đầu Vào: AC 220V (Chân L và N)

 Điện Áp Đầu Ra: DC 5V (Chân dương V+, Chân Mass-GND: V-)

 Điện áp ra điều chỉnh: (+) (-)10%

Nguồn 5V hiện nay được sử dụng phổ biến cho các loại đèn LED, bao gồm đèn LED quảng cáo và đèn LED đúc Để lựa chọn nguồn phù hợp, cần tính toán công suất tiêu thụ của toàn bộ hệ thống đèn, đảm bảo rằng công suất của nguồn cấp phải lớn hơn hoặc bằng công suất tiêu thụ Đèn LED dây 5V rất thông dụng trong trang trí nội ngoại thất và quảng cáo, yêu cầu sử dụng bộ nguồn 5V với cường độ thích hợp Nhiều dây LED 5V tạo ra các hiệu ứng trang trí đẹp mắt, đặc biệt là trong dịp lễ như trang trí cây thông Noel và trang trí nhà cửa vào Tết.

2.4.3 Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11

Module cảm biến DHT11 là thiết bị phổ biến dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm, nổi bật với chi phí thấp và khả năng truyền dữ liệu dễ dàng qua giao tiếp 1 wire Với bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp, DHT11 cung cấp dữ liệu chính xác mà không cần tính toán phức tạp.

Hình 2.10:Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ[6]

 Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire •

 Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu)

 Đo tốt ở độ ẩm: 20-80%RH với sai số: 5%

 Đo tốt ở nhiệt độ: 0 to 50°C sai số ±2°C

 Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây 1 lần)

 Kích thước; 15mm x 12mm x 5.5mm • 4 chân, khoảng cách chân: 0.1''

Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là module cảm biến dùng để đo nhiệt độ, độ ẩm và các ứng dụng đo nhiệt độ, độ ẩm

2.4.4 Module cảm biến độ ẩm đất

Hình 2.11: Module cảm biến độ ẩm đất

Module cảm biến độ ẩm đất gồm hai phần:

Đầu dò độ ẩm đất bao gồm hai đầu đo được cắm vào đất để xác định mức độ ẩm Khi độ ẩm đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển từ mức thấp sang mức cao thông qua dây nối giữa cảm biến và module chuyển đổi Thông tin về độ ẩm đất sẽ được thu thập và gửi đến module chuyển đổi để xử lý.

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Giới thiệu mô hình

Mô hình mà nhóm thực hiện là mô hình thực nghiệm, do đó, thiết kế và thi công của mô hình cần phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

 Hiển thị được giá trị nhiệt độ, độ ẩm không khí và độ ẩm đất

 Điều khiển được các thiết bị ngoại vi bằng hai hình thức: bằng tay và tự động

 Mô hình đạt được sự ổn định và tính chính xác cao

 Phù hợp với điều kiện kinh tế.

Tính toán và thiết kế hệ thống

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống

+ Cảm biến độ ẩm đất

Khối chấp hành + Module L298 + Động cơ bơm + Đèn

Khối điều khiển + Nút bấm + App điện thoại

Khối giám sát + LCD1602 + App điện thoại

Bảng 3.1: Sơ đồ khối hệ thống

Khối điều xử lý Esp32

Khối điều khiển trung tâm sử dụng ESP32 có hiệu năng cao, dùng để điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống:

 Điều khiển đọc dữ liệu từ cảm biến

 Truyền dữ liệu lên web qua thiết bị trung gian

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm chính xác cao được sử dụng để thu thập dữ liệu về nhiệt độ và độ ẩm xung quanh đối tượng canh tác Dữ liệu này sẽ được gửi về khối điều khiển trung tâm để so sánh với giá trị đã được đặt trước Sau đó, khối điều khiển trung tâm sẽ xử lý thông tin để điều chỉnh phù hợp với yêu cầu của giá trị đặt trước.

Khối hiển thị sử dụng màn hình trực tiếp từ smartphone dùng để hiển thị số liệu đọc được từ khối cảm biến

Nhận tín hiệu từ để điều khiển các thiết bị (thiết bị hoạt động dựa trên tín hiệu của cảm biến, được lập trình từ khối điều khiển)

Nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm cho phép hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị ngoại vi, đồng thời cung cấp giá trị đọc từ các cảm biến và điều khiển hoạt động của thiết bị một cách hiệu quả.

Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí

Hệ thống hoạt động ở 2 chế độ Manual và Auto, chúng ta thay đổi chế độ bằng nút nhấn điều khiển tại mô hình hoặc trên app điện thoại

Hệ thống vẫn duy trì hoạt động bình thường ngay cả khi không có kết nối wifi Trong chế độ manual, người dùng có thể điều khiển tắt mở các thiết bị thông qua nút nhấn trên mô hình hoặc qua ứng dụng trên điện thoại, đồng thời hiển thị dữ liệu cảm biến trên màn hình LCD và điện thoại Ở chế độ auto, hệ thống sẽ tự động kiểm tra dữ liệu từ cảm biến và so sánh với giá trị hạn mức đã được cài đặt trên ứng dụng.

Khi độ ẩm đất giảm xuống dưới mức cài đặt, hệ thống sẽ tự động kích hoạt bơm tưới và hiển thị thông tin trên ứng dụng cho đến khi độ ẩm đạt yêu cầu.

Hệ thống đọc cảm biến ánh sáng để điều khiển mức sáng của đèn, trời càng tối đèn càng sáng và ngược lại (Khoa T Đ., 2019)

Lưu đồ giản thuật

Khối tạo hệ thống Khối tạo khuynh

Kiểm tra Wifi Đọc cảm biến Hiển thị LCD Kiểm tra nút nhấn

Chế độ manual Chế độ auto

Kết nối Server blynk Truyền dữ liệu Server

Bảng 3 3: Lưu đồ giải thuật

Khai báo các thiết bị kết nối đầu vào và đầu ra như cảm biến, bơm, đèn

Khởi tạo kết nối esp32 với wifi để truy cập vào sever Blynk

Kiểm tra xem hệ thống đã kết nối được với wifi hay chưa

Nếu không thể kết nối, hãy kiểm tra lại kết nối và thử kết nối lại Hệ thống vẫn có khả năng thu thập dữ liệu từ cảm biến, điều khiển thiết bị qua nút nhấn và hiển thị thông tin trên màn hình LCD.

Khi kết nối với wifi, hệ thống sẽ truy cập vào server Blynk, thu thập dữ liệu từ cảm biến và điều khiển các thiết bị qua nút nhấn Đồng thời, hệ thống hiển thị thông tin trên LCD và truyền nhận toàn bộ dữ liệu điều khiển và cảm biến lên Blynk và ngược lại.

QUY TRÌNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH VƯỜN IOT CHIẾU SÁNG

Lập trình

Chương trình được lập trình trên phần mềm

Blynk là phần mềm mã nguồn mở chuyên dụng cho các ứng dụng IoT (Internet of Things) Ứng dụng này cho phép người dùng điều khiển phần cứng từ xa, hiển thị và lưu trữ dữ liệu cảm biến, cũng như thực hiện nhiều chức năng khác.

Bạn hãy thử tưởng tượng khi bạn ấn vào một nút nhấn trên phần mềm lập tức bóng đèn sáng lên và ngược lại !

Nền tảng Blynk có ba phần chính

 Blynk App – Ứng dụng Blynk cho phép khởi tạo giao diện cho các dự án của mình

Blynk Server đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập giao tiếp hai chiều giữa điện thoại và phần cứng Mặc dù bạn có thể sử dụng server của Blynk, nhưng sẽ gặp phải giới hạn về điểm Energy Trong các hướng dẫn tiếp theo, mình sẽ sử dụng server riêng của mình, và bạn cũng có thể áp dụng nó cho dự án của mình.

 Blynk Library – Thư viện chứa các nền tảng phổ biến , giúp việc giao tiếp phần cứng với Server dễ dàng hơn (Anh, 2018)[9]

Bước 1: Tải và cài đặt ứng dụng Blynk từ Google Play Store hoặc Apple App Store

Bước 2: Tạo tài khoản trên ứng dụng Blynk bằng email cá nhân Bạn có hai lựa chọn: sử dụng server mặc định của Blynk hoặc server của Blocky Server mặc định giới hạn số lượng widget và yêu cầu mua Energy để tăng số lượng, trong khi server của Blocky cung cấp giới hạn lớn hơn, giúp bạn không cần mua thêm Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ ưu tiên sử dụng server của Blocky để thoải mái xây dựng ứng dụng Để sử dụng server Blocky, khi tạo tài khoản mới hoặc đăng nhập, bạn cần thay đổi địa chỉ server sang blynk.getblocky.com, port 9443.

Hình 4.3: Giao diện Sever Settings

Bạn có thể dễ dàng đăng nhập vào ứng dụng Blynk bằng tài khoản Facebook của mình mà không cần phải tạo tài khoản mới, chỉ cần chọn "Đăng nhập bằng Facebook".

Bước 3: Tạo một project và device dùng cho các bài sau này

To set up your device, select the ESP8266 type and choose the WI-FI connection type, then click on the Create button A unique 32-character Device Auth Token will be sent to your email for each device.

Chú ý!!! Bạn sẽ cần sử dụng auth token này để lập trình trong Arduino để cho Blocky Node Wifi có thể kết nối đến server

Bạn sẽ có một dự án với canvas trống, cho phép thêm các widget để hiển thị thông tin từ Blocky Dot hoặc để điều khiển Có nhiều loại widget đa dạng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

Bước 4: Thêm widget vào project bằng cách nhấn vào bất kỳ chỗ trống nào trong canvas hoặc biểu tượng trên top menu

Bạn chọn loại widget cần thêm và kéo thả vào canvas

Hình 4.5: Chọn đối tượng trong Widget Box

Bước 5: Cấu hình cho widget

Mỗi widget trong ứng dụng đều có màn hình cài đặt riêng, cho phép bạn truy cập bằng cách nhấn vào widget trên canvas Thông số PIN là yếu tố quan trọng nhất, vì nó quyết định việc lập trình cho Blocky Node Wifi trong Arduino dựa trên PIN mà bạn chọn trong ứng dụng Blynk Bạn sẽ được hướng dẫn chi tiết hơn về vấn đề này trong các bài viết hướng dẫn xây dựng ứng dụng cụ thể.

Hình 4.7: Chọn cấu hình chân

THI CÔNG MÔ HÌNH VƯỜN IOT CHIẾU SÁNG

Giới thiệu

Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã hoàn thiện sản phẩm đáp ứng yêu cầu đề ra, với các khối chức năng hoạt động đồng bộ và hiệu quả Kết quả từ chu trình hoạt động của mô hình cho phép điều khiển thiết bị ngoại vi, thực hiện các hoạt động chăm sóc đối tượng canh tác, và hiển thị thông số từ cảm biến trên màn hình APP và WEB, giúp người dùng dễ dàng quản lý.

Thi công hệ thống

5.2.1 Qúa trình thực hiện mô hình mô phỏng

+ Vai trò các thiết bị output hệ thống đèn và hệ thống phun nước

Hình 5.1: Hình ảnh mô phỏng (Hệ thống chiếu sáng)

Cảm biến ánh sáng kết hợp với bộ xử lý trung tâm ESP32 sẽ nhận diện độ sáng môi trường khi trời tối, từ đó truyền tín hiệu qua mô-đun L298 để điều chỉnh cường độ ánh sáng của đèn Khi trời càng tối, đèn sẽ tự động sáng hơn, mang lại hiệu quả chiếu sáng tối ưu.

Hình 5.2: Hình ảnh mô phỏng (Hệ thống phun nước)

Hệ thống phun nước sẽ tự động kích hoạt khi độ ẩm trong không khí giảm xuống dưới 50%, nhờ vào sự kết hợp của cảm biến đo độ ẩm không khí, nhiệt độ và cảm biến độ ẩm đất Hệ thống sẽ ngừng hoạt động khi đã cung cấp đủ lượng nước cần thiết.

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm chính xác cao được sử dụng để thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh đối tượng canh tác Dữ liệu này được gửi về khối điều khiển trung tâm để so sánh với giá trị đã được đặt trước Sau đó, khối điều khiển trung tâm sẽ xử lý thông tin để điều chỉnh theo yêu cầu của giá trị đặt ra.

Hình 5.3: Cảm biến độ ẩm không khí

Cảm biến độ ẩm không khí DHT11 đọc dữ liệu cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí

Hình 5.4: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm đất

Cảm biến độ ẩm đất cung cấp thông tin về tỷ lệ độ ẩm trong vườn, hoạt động hiệu quả với điện áp 3.3V, phù hợp với khả năng của ESP32, thiết bị tối ưu cho các ứng dụng IoT.

Nhận tín hiệu từ để điều khiển các thiết bị (thiết bị hoạt động dựa trên tín hiệu của cảm biến, được lập trình từ khối điều khiển)

Khối điều khiển trung tâm sử dụng ESP32 có hiệu năng cao, dùng để điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống:

 Điều khiển đọc dữ liệu từ cảm biến

 Truyền dữ liệu lên web qua thiết bị trung gian

Hình 5.5: Kết nối với thiết bị điện

Hình 5.6: Tổng quan mô hình từ trên

Tổng quan mô hình từ trên chúng ta sẽ được phần cảm biến ánh sáng chiếu xuống đất dưới đất đã có 1 con cảm biến độ ẩm đất

Hình 5.7: Tổng quan mô hình phía trước

Mô hình này bao gồm một hộp điều khiển, có khả năng quản lý tất cả các chức năng như nhiệt độ, độ ẩm không khí, cảm biến ánh sáng và cảm biến đất.

5.2.2 Qúa trình thực hiện mô hình thực tế

Các phím điều khiển Blynk

Hình 5.8: Các phím chức năng

 Chọn chế độ hoạt động

 Bật tắt các thiết bị như đèn, động cơ bơm,

 Điều chỉnh giá trị cho mô hình tự động hoạt động đúng theo nhu cầu của từng loại rau

Nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị ngoại vi, cùng với giá trị đọc được từ các cảm biến và điều khiển hoạt động của thiết bị.

Hình 5.9: Hiển thị thông số trên app blynk

Hiển thị dữ liệu từ cảm biến trong vườn rau thông minh theo thời gian thực giúp người dùng kiểm soát hoạt động và môi trường của vườn rau hiệu quả hơn.

Khối hiển thị sử dụng màn hình trực tiếp từ smartphone dùng để hiển thị số liệu đọc được từ khối cảm biến

Trong chế độ tự động, người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh độ sáng và độ ẩm, đồng thời tự động bật bơm Khi trời tối, đèn sẽ tự động sáng hơn và ngược lại.

Hình 5.11: Điều khiển ở chế độ mannual

Chế độ Manual cho phép người chụp tùy chỉnh khẩu độ và tốc độ màn trập, giúp xác định mức phơi sáng của hình ảnh Điều này mang lại khả năng kiểm soát toàn bộ thông số chụp, tạo điều kiện cho những bức ảnh hoàn hảo hơn.

Kiểm tra kết quả và vận hành

Hình 5.12: Mô hình hoạt động

 Hệ thống hoạt động ở 2 chế độ Manual và Auto, chúng ta thay đổi chế độ bằng nút nhấn điều khiển tại mô hình hoặc trên app điện thoại

 Hệ thống vẫn hoạt động bình thường khi mất kết nối với wifi

Trong chế độ điều khiển thủ công, người dùng có thể bật và tắt các thiết bị thông qua nút nhấn trên mô hình hoặc ứng dụng trên điện thoại Dữ liệu cảm biến sẽ được hiển thị trên màn hình LCD và điện thoại, giúp người dùng dễ dàng theo dõi tình trạng hoạt động.

 Ở chế độ auto hệ thế sẽ kiểm tra dữ liệu đọc từ cảm biến để so sánh với giá trị hạn mức được cài đặt trên app

Khi độ ẩm đất giảm xuống dưới mức cài đặt, hệ thống sẽ tự động kích hoạt bơm tưới và thông báo trên ứng dụng cho đến khi độ ẩm đạt yêu cầu.

 Hệ thống đọc cảm biến ánh sáng để điều khiển mức sáng của đèn, trời càng tối đèn càng sáng và ngược lại.

Kết quả

Sau quá trình nghiên cứu và triển khai mô hình vườn IoT với hệ thống chiếu sáng thông minh kết nối Wi-Fi và ứng dụng giám sát nông nghiệp, nhóm đã hoàn thành đề tài mặc dù gặp nhiều khó khăn Qua nghiên cứu và thi công, nhóm đã tích lũy được nhiều kiến thức mới quý giá.

ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN