NGHIÊN cứu THIẾT kế mô HÌNH ỨNG DỤNG IOT CHO VIỆC CHĂM sóc vườn RAU tự ĐỘNG

TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT CHO Họ tên sinh viên Hồ Đức Chinh VIỆC CHĂM SÓC VƯỜN RAU ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT CHO VIỆC CHĂM SÓC VƯỜN RAU TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: Th.S Phạm Văn Phát Sinh viên thực hiện: Hồ Đức Chinh Mã sinh viên: 1811505120306 Lớp: 18D4 Đà Nẵng, 05/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT CHO VIỆC CHĂM SĨC VƯỜN RAU TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: Th.S Phạm Văn Phát Sinh viên thực hiện:Hồ Đức Chinh Mã sinh viên: 1811505120306 Lớp: 18D4 Đà Nẵng, 05/2022 {Trang trắng dùng để dán Nhận xét người hướng dẫn, thay trang Nhận xét người hướng dẫn} {Trang trắng dùng để dán Nhận xét người phản biện, thay trang Nhận xét người phản biện} TÓM TẮT Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT CHO VIỆC CHĂM SÓC VƯỜN RAU TỰ ĐỘNG” Sinh viên thực hiện: Hồ Đức Chinh Mã SV: 1811505120306 Lớp: 18D4 Đề tài bao gồm nội dung: - Giới thiệu tổng quan hệ thống Iot ứng dụng nông nghiệp - Hệ thống module cảm biến, chuẩn giao tiếp truyền thông - Giới thiệu NodeMCUESP8266 Arduino module cảm biến - Tìm hiểu chuẩn giao tiếp truyền thơng - Tìm hiểu phần mềm lập trình, phần mềm ứng dụng tảng web, cloud - Thiết kế sơ đồ khối hệ thống - Lựa chọn thiết kế phần cứng - Lập trình hệ thống - Kết thiết kế, thử nghiệm mơ hình hồn thiện sảm phẩm - Nhận xét đánh giá TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Văn Phát Sinh viên thực hiện: Hồ Đức Chinh Mã SV: 1811505120306 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng IoT cho việc chăm sóc vườn rau tự động Các số liệu, tài liệu ban đầu: Số liệu: - Nghiên cứu, thi cơng mơ hình ứng dụng IoT chăm sóc vường rau với tính giám sát điều khiển tự động Chức giám sát thu thập thông tin môi trường nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thông qua cảm biến Chức điều khiển tưới cây, che nắng ổn định điều kiện môi trường thông qua bơm nước phun sương - Hệ thống cho phép thực thao tác giám Arduino làm mạch điều khiển trung tâm Các môdun ESP8266 kết nối internet loại cảm biến thông dụng, phổ biến Tài liệu ban đầu: - Khảo sát thực tiễn, web mơ hình vườn rau tự động, tưới tiêu tự động - Tài liệu VĐK, lập trình, kết nối, điều khiển - App ứng dụng MIT App Inventor chạy tảng Android làm ứng dụng cloud theo dõi tham số mơi trường Nội dung đồ án:   Chương 1: IoT ứng dụng nơng nghiệp, chăm sóc trồng: - Tổng quan hệ thống IoT - Ứng dụng IoT việc giám sát, theo dõi từ xa - Ứng dụng IoT lĩnh vực nơng nghiệp, chăm sóc trồng Chương 2: Đo lường điều khiển từ xa tảng Internet: Chương tập trung giới thiệu tảng ứng dụng, hệ thống phần cứng phần mềm ứng dụng hệ thống IoT, giám sát từ xa - Các mơ hình ứng dụng IoT Hệ thống module cảm biến, chuẩn giao tiếp truyền thông - Các cơng cụ, phần mềm lập trình; phần mềm ứng dụng tảng Web, Cloud;  Chương 3: Thiết kế tính tốn: - Giới thiệu hệ thống thiết kế sơ đồ khối hệ thống mơ hình IoT ứng dụng chăm sóc vườn rau - Lựa chọn thành phần kết nối hệ thống -  Thiết kế phần cứng Lập trình ứng dụng Chương 4: Thi cơng đánh giá mơ hình: - Q trình thực hiện, xây dựng thử nghiệm mơ hình Kết thử nghiệm - Phân tích, đánh giá hệ thống Kết luận hướng phát triển Các sản phẩm dự kiến - Hồn thành mơ hình sản phẩm theo u cầu đề - Báo cáo tổng kết đồ án tốt nghiệp Ngày giao đồ án: 14/02/2022 Ngày nộp đồ án: 04 /6/2022 Trưởng Bộ môn Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn Phạm Văn Phát LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển xã hội, sống ngày nâng cao việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống cơng việc ngày cần thiết, mà đặc biệt kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông tin Việc sử dụng IoT trung tâm hàng đầu hoạt động nông nghiệp IoT xếp hợp lý cách làm việc từ sử dụng nước điện, vận chuyển trồng, cảnh báo vận hành, bảo trì máy móc nơng trại IoT chứng tỏ bước đột phá tiếp tục thay đổi cách nhìn vào hoạt động nơng nghiệp khác Trong tương lai, IoT định hình tiến vượt bậc Mạng cảm biến không dây WSN (Wireless Sensor Network - WSN) hệ thứ công nghệ thông tin di động (5G) để cung cấp cho nông dân liệu thông tin theo thời gian thực lúc nơi đất họ Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động” dựa sở yêu cầu thực tế đặt qua giúp chúng em vận dụng kiến thức chuyên ngành học trường để áp dụng thực đề tài Trong thời gian thực đề tài trên, với giảng dạy tận tình truyền đạt kiến thức bổ ích chúng em có vốn kiến thức quan trọng cho chuyên ngành, em xin chân thành cảm ơn đến thầy Th.S Phạm Văn Phát thầy cô môn khoa Điện – Điện Tử Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế chúng em nên báo cáo khơng thể tránh thiếu sót Chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến q thầy để có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình,phục vụ tốt công tác thực tế sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 29 tháng 05 năm 2022 Sinh viên thực Hồ Đức Chinh i CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan số liệu kết thực đồ án trung thực không chép từ đơn vị Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Chúng em xin cam đoan trình thực kết thực đạt sản phẩm mơ hình riêng cá nhân, không chép, không sử dụng sản phẩm người khác hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định Đã bổ sung, cập nhật theo yêu cầu Giảng viên phản biện Hội đồng chấm Đồ án tốt nghiệp họp ngày 17,18/6/2022 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực ii MỤC LỤC Nhận xét người hướng dẫn Nhận xét người phản biện TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .6 LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Mở đầu chương 1.2 Đặt vấn đề 1.3 Ứng dụng mạng không dây vào trồng trọt 1.4 Một số mơ hình nơng nghiệp có ứng dụng công nghệ Iot .7 1.5 Yêu cầu đặt cho hệ thống 1.6 Kết luận chương 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Mở đầu chương 11 2.2 Tổng quan Internet of thing 11 2.2.1 Giới thiệu Internet of thing 11 2.2.2 Lịch sử hình thành Internet of thing 12 2.3 Tổng quan mạng cảm biến không dây 12 2.4 Giới thiệu NodeMCU ESP8266 13 2.4.1 Cấu tạo NODEMCU ESP8266 13 2.4.2 Thông số kỹ thuật NODEMCU ESP8266 14 2.5 Giới thiệu Arduino Uno R3 15 2.6 Module DHT11 17 2.7 Cảm biến độ ẩm đất 20 2.8 Cảm Biến Ánh Sáng 21 2.9 Module Relay 22 2.10 Các tảng đám mây IoT sử dụng .23 2.10.1 Thingspeak 23 2.10.2 Firebase 25 iii Nghiên cứu thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động 4.3 Giao diện App Android để điều khiển Hình 4.6: Giao diện App android Code để điều khiển nút App: if(Firebase.getString(firebaseData, "/vuoncay/relay")) // dk nút app { dulieu = firebaseData.stringData(); dulieu.remove(0,2); dulieu.remove(dulieu.length() - 2, 2); if(dulieu == "A1"){ //// bật tắt bơm manual digitalWrite(motor, HIGH); } if(dulieu == "A0"){ digitalWrite(motor, LOW); } ///// auto bơm if(dulieu == "B1"){ if(humidity >= 30){ digitalWrite(motor, LOW); SVTH: Hồ Đức Chinh GVHD: Th.S Phạm Văn Phát 48 Nghiên cứu thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động } else{ digitalWrite(motor, HIGH); } } if(dulieu == "B0"){ digitalWrite(motor, LOW); } 4.4 Giao diện Web để điều khiển Hình 7: Giao diện Web điều khiển Code để gửi liệu hiển thị Web: server.send(200, "text/html", SendHTML(t, lux, humidity, h)); //gửi data lên firebase Firebase.setDouble(firebaseData, "/vuoncay/Celcius", t); Firebase.setDouble(firebaseData, "/vuoncay/lux", lux); Firebase.setDouble(firebaseData, "/vuoncay/humidity", humidity); Firebase.setDouble(firebaseData, "/vuoncay/h", h); 4.5 Nhận xét đánh giá hệ thống  Ưu điểm: + Có thể theo dõi điều khiển thủ công tự động thông qua Internet SVTH: Hồ Đức Chinh GVHD: Th.S Phạm Văn Phát 49 Nghiên cứu thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động + Mạch điều khiển nhỏ gọn, hoạt động ổn định, thời gian đáp ứng nhanh + Mô hình hệ thống có độ xác, tính an tồn dễ dàng thao tác với người dùng + Nhìn chung, mơ hình hoạt động tương đối ổn định + Giao diện thân thiện với người dùng  Nhược điểm: Tuy nhiên, hạn chế kiến thức thời gian thực hiện, nguồn tài liệu tham khảo chủ yếu thông qua internet nên đề tài không tránh khỏi sai sót cịn số hạn chế: + Kích thước sản phẩm cịn thơ, thiếu tính thẩm mỹ + Số lượng thiết bị hạn chế + Giới hạn thời gian, kiến thức nên hệ thống chưa tối ưu 4.6 Kết luận chương Qua chương em có kết tồn hoạt động hệ thống Kết hoạt động mạch Xử Lý Trung Tâm nhận liệu từ ModuleESP8266 thị trạng thái tất liệu lên màng hình LCD ModuleESP8266 nhận gửi liệu cho khối Xử Lý Trung Tâm điều khiển tải Ngoài chương nêu ưu nhược điểm tồn hệ thống Trong ta thấy ưu điểm khoảng cách thu thập liệu bật ưu điểm hệ thống ứng dụng mạng khơng dây với khoảng cách truyền xa SVTH: Hồ Đức Chinh GVHD: Th.S Phạm Văn Phát 50 Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN: Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng IoT cho việc chăm sóc vườn rau tự động.” đề tài phong phú phức tạp Tuy nhiên, sau thời gian làm việc nghiêm túc, với giúp đỡ tận tình Th.s Phạm Văn Phát, đề tài chúng em hoàn thành tiến độ Đề tài giải đươc vấn đề sau : - Nghiên cứu thiết kế giao diện web, từ điều khiển vi khí hậu cho mơ hình cách trực quan rõ ràng - Điều khiểm, giám sát thông số qua thiết bị thông qua công nghệ kết nối không dây: 3G,4G, wifi - Xây dựng hồn thiện mơ hình thực nghiệm nhà trồng thơng minh có hệ thống tự động giám sát, chăm sóc trồng ứng dụng cơng nghệ IoT (Internet of Things) Vì điều kiện thời gian, kinh phí kiến thức có hạn, đề tài dừng lại việc nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm nên cịn nhiều mặt hạn chế Đặc biệt tính bảo mật sử dụng công nghệ kết nối không dây HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: Để hệ thống hoạt động đạt hiệu tốt cần: - Khắc phục hạn chế kết nối wifi hay 3G, 4G - Tăng thêm nhiều tính tiện ích cho hệ thống phát sâu bệnh, chuột phá hoại mùa màng - Tạo vi khí hậu tốt cho sinh trưởng phát triển - Kết hợp với kiến thức nông nghiệp để tăng cao hiệu trồng - Nhân rộng mơ hình để người tiếp cận với kỹ thuật canh tác hiệu quả, giúp tiết kiệm chi phí, sức lao động, người tiêu dùng an tâm nguồn gốc thực phẩm… Đây định hướng mà chúng em muốn đề xuất để phát triển đề tài Vì vậy, chúng em mong nhận giúp đỡ đóng góp q thầy giáo bạn Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 51 Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://niptech.vn/cong-nghe-iot-trong-nong-nghiep-va-tiem-nang-ung-dungtai- viet-nam.html [2] https://www.iotechy.com/iot-in-agriculture-is-smart-farming-the-future/ [3] Hà Văn Phương, “Đo lường cảm biến”, nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2013 [4] https://www.nextfarm.vn/cac-yeu-to-anh-huong-den-sinh-truong-cay-trong [5] https://noma.vn/ung-dung-iot-trong-nong-nghiep-thong-minh/ [6] https://thingspeak.com/channels [7] https://www.lisado.vn/san-pham/nha-mang-trong-rau/ [8] https://epcb.vn/blogs/news/esp8266-http-server-tuy-chinh-giao-dienthingspeakserver-va-lay-du-lieu-su-dung-esp8266 Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 52 Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động PHỤ LỤC Code Arduino: #include #include "DHT.h" const int DHTPIN = 5; //Đọc liệu từ DHT11 chân mạch Arduino const int DHTTYPE = DHT11; //Khai báo loại cảm biến, có loại DHT11 DHT22 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); #define quangtro A0 //Thiết đặt chân analog đọc quang trở int sensorPin = A5; // ẩm đất float humidity; int doc_cb, TBcb; int lux; float h,t; String message = ""; //for web server bool messageReady = false; //for web server void setup() { Serial.begin(115200); dht.begin(); // Khởi động cảm biến } void loop() { h = dht.readHumidity(); //Đọc độ ẩm t = dht.readTemperature(); //Đọc nhiệt độ //// độ ẩm for(int i=0;i= 30){ digitalWrite(motor, LOW); } else{ digitalWrite(motor, HIGH); } } if(dulieu == "B0"){ digitalWrite(motor, LOW); } } // Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 58 Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động // server.send(200, "text/html", SendHTML(Celcius, lux, humidity, phValue)); if ((h > 8.0 || h < 6.0) || t > 30.0 ) { //led_status = HIGH; if (client.connected()) { client.stop(); } client.flush(); if (client.connect(HOSTIFTTT, 80)) { //Serial.println("Connected"); // build the HTTP request String toSend = "GET /trigger/"; toSend += EVENTO; toSend += "/with/key/"; toSend += IFTTTKEY; toSend += "?value1="; toSend += t; toSend += "&value2="; toSend += humidity; toSend += "&value3="; toSend += h; toSend += "&value4="; toSend += lux; toSend += " HTTP/1.1\r\n"; toSend += "Host: "; toSend += HOSTIFTTT; toSend += "\r\n"; toSend += "Connection: close\r\n\r\n"; client.print(toSend); //Serial.println(toSend); } client.flush(); client.stop(); delay(500); } Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 59 Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động else { //led_status = LOW; } delay(1000); } String SendHTML(double t, double lux, double humidity, double h) { String ptr = " \n"; ptr += "\n"; ptr += "HE THONG VUON CAY THONG MINH \n"; ptr += "html { font-family: Times New Roman, Times, serif; display: inline-block; margin: 0px auto; text-align: center;}\n"; ptr += "body{margin-top: 50px;} h1 {color: #444444;margin: 50px auto 30px;}\n"; ptr += "p {font-size: 30px;color: #0775f0;margin-bottom: 10px;}\n"; ptr += "\n"; ptr += "\n"; ptr += "\n"; ptr += "\n"; ptr += "HE THONG VUON CAY THONG MINH \n"; ptr += "

Nhiet do: "; ptr += t; ptr += "°C

"; ptr += "

Cuong anh sang: "; ptr += lux; ptr += "

"; ptr += "

Do am dat: "; ptr += humidity; ptr += "%

"; ptr += "

Do am: "; ptr += h; ptr += "(%)

"; ptr += "

"; ptr += "\n"; ptr += "\n"; ptr += "\n"; Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 60 Nghiên cứu, thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động return ptr; } Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 61 Nghiên cứu, thiết kế mô hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động Phụ lục ... mơ hình ứng dụng IoT cho việc chăm sóc vườn rau tự động Các số liệu, tài liệu ban đầu: Số liệu: - Nghiên cứu, thi cơng mơ hình ứng dụng IoT chăm sóc vường rau với tính giám sát điều khiển tự động. .. tích thống kê Hình 1.3: Ứng dụng IoT nơng nghiệp SVTH: Hồ Đức Chinh GVHD: Th.S Phạm Văn Phát Nghiên cứu thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động Việc ứng dụng IoT vào nông... nước Hình 1.1: Nơng dân tưới rau thủ công SVTH: Hồ Đức Chinh GVHD: Th.S Phạm Văn Phát Nghiên cứu thiết kế mơ hình ứng dụng Iot cho việc chăm sóc vườn rau tự động Hình 1.2: Mơ hình tưới rau tự động