TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM GIẢI PHÁP IOT TRONG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP NHĨM GIẢI PHÁP IOT TRONG NƠNG NGHIỆP THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: Vũ Chiến Thắng Nhóm: 12 Thành viên: Lù Kim Đồng Nguyễn Minh Quang Lường Sơn Đình Mục Lục NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 1.1: Khái niệm IOT 1.2: Cơ sở kỹ thuật IOT 1.2.1: Giao thức 1.3: Công nghệ cảm biến 1.4: Các ứng dụng IOT .9 1.4.1: Ứng dụng lĩnh vực vận tải 1.4.2: Ứng dụng lĩnh vực sản xuất nông nghiệp .10 1.4.3: Ứng dụng nhà thông minh .11 PHẦN II: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .13 2.1 Phân tích .13 2.1.1 Hiện trạng 13 2.1.2 Khảo sát .14 2.1.3 Nhu cầu thực tế 15 2.2 Đề tài 15 2.3 Lý chọn đề tài 15 2.4 Nội dung nghiên cứu .16 2.5 Mơ hình hóa toán 16 PHẦN III: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG .17 3.1 Thế mạnh IoT 17 3.2 Những lợi ích việc ứng dụng IoT vào nơng nghiệp 17 3.3 Khó khăn dự án áp dụng .19 3.4 Cơ hội dự án áp dụng 19 3.5 Thách thức dự án áp dụng .19 PHẦN IV: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 4.1 Mô hình 20 4.1.1 Sơ đồ khối dự án 20 4.1.2 Lưu đồ thuật toán 23 4.1.3 Sơ đồ use case .24 4.4 Công nghệ sử dụng 26 4.5 Phân tích chức 26 4.5.1 App Mobile 26 4.5.2 Web quản trị 27 4.6 Thiết kế sở liệu .27 4.6.1 Sơ đồ thực thể 27 4.6.2 Thiết kế chi tiết thực thể .28 4.7 Thiết kế giao diện 31 PHẦN V: THỰC HIỆN DỰ ÁN 33 5.1 Kế hoạch thực dự án 33 PHẦN VIII: KẾT LUẬN 34 8.1 Thuận lợi thực dự án 34 8.2 Khó khăn thực dự án 34 8.3 Bài học rút thực dự án .34 8.4 Cơ hội phát triển dự án 34 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, khoa học Công nghệ ngày đạt thành tựu to lớn, kéo theo phát triển vượt bậc ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ thuật Đối với nước mà nông nghiệp chiếm vai trò to lớn kinh tế việc ứng dụng khoa học Cơng nghệ điều cấp thiết cần mở rộng Nhằm giải vấn đề này, nhờ giúp sức tiến khoa học kỹ thuật, hệ thống giám sát, xử lý, cung ứng trình sản xuất ngày đại đưa vào nông nghiệp đặc biệt ứng dụng Công nghệ IOT góp phần tạo nên mơi trường sản xuất động, khoa học giải phóng sức lao động, tăng suất, mang lại hiệu kinh tế cao Với mong muốn nghiên cứu tạo hệ thống giám sát nơng nghiệp tiện ích sử dụng Cơng nghệ IOT, để góp phần đáp ứng nhu cầu đóng góp thêm giải pháp phát triển, nhóm định chọn đề tài: “Hệ Thống Nông Nghiệp Thông Minh Bằng Công Nghệ IOT” NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………… PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ IOT 1.1: Khái niệm IOT Internet of Things (IoT) thuật ngữ dùng để đối tượng nhận biết tồn chúng kiến trúc mang tính kết nối Đây viễn cảnh vật, vật người cung cấp định danh khả tự động truyền tải liệu qua mạng lưới mà không cần tương tác người-với-con người người-với-máy tính IoT tiến hố từ hội tụ công nghệ không dây, hệ thống vi điện tử (MEMS) Internet Cụm từ đưa Kevin Ashton vào năm 1999 Ông nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID đại học MIT [7] Hình 1.1.“Internet of Things” "Thing" - vật - Internet of Things, trang trại động vật với tiếp sóng chip sinh học, xe ô tô tích hợp cảm biến để cảnh báo lái xe lốp non, đồ vật tự nhiên sinh người sản xuất mà gán với địa IP cung cấp khả truyền tải liệu qua mạng lưới IoT phải có thuộc tính: phải ứng dụng internet Hai là, phải lấy thơng tin vật chủ Một ví dụ điển hình cho IoT tủ lạnh thơng minh, tủ lạnh bình thường có gắn thêm cảm biến bên giúp kiểm tra số lượng loại thực phẩm có tủ lạnh, cảm biến nhiệt độ, cảm biến phát mở cửa,…và thông tin đưa lên internet Với danh mục thực phẩm thiết lập trước người dùng, mà loại thực phẩm hết thơng báo cho chủ nhân biết cần phải bổ sung gấp, chí loại sản phẩm gắn mã ID tự động trực tiếp gửi thơng báo cần nhập hàng đến siêu thị nhân viên siêu thị gửi loại thực phẩm đến tận nhà Hình 1.3 Ứng dụng tủ lạnh IoT 1.2: Cơ sở kỹ thuật IOT 1.2.1: Giao thức Trong IoT, thiết bị phải giao tiếp với (D2D) Dữ liệu sau phải thu thập gửi tới máy chủ (D2S) Máy chủ có để chia sẻ liệu với nhau(S2S), cung cấp lại cho thiết bị, để phân tích chương trình, cho người dùng Các giao thức dùng IoT là: - MQTT: giao thức cho việc thu thập liệu giao tiếp cho máy chủ (D2S) - XMPP: giao thức tốt để kết nối thiết bị với người, trường hợp đặc biệt mơ hình D2S, kể từ người kết nối với máy chủ - DDS: giao thức tốc độ cao cho việc tích hợp máy thông minh (D2D) - AMQP: hệ thống hàng đợi thiết kế để kết nối máy chủ với (S2S) *MQTT MQTT(Message Queue Telemetry Transport), mục tiêu thu thập liệu giao tiếp D2S Mục đích đo đạc từ xa, giám sát từ xa, thu thập liệu từ nhiều thiết bị vận chuyển liệu đến máy trạm với xung đột MQTT nhắm đến mạng lớn thiết bị nhỏ mà cần phải theo dõi kiểm sốt từ đám mây Hình 1.4 Ví dụ MQTT MQTT hoạt động đơn giản, cung cấp nhiều lựa chọn điều khiển QoS MQTT khơng có u cầu khắt khe thời gian, nhiên hiều lớn, đáp ứng tính thời gian thực với đơn vị tính giây Các giao thức hoạt động tàng TCP, cung cấp đáp ứng đơn giản, đáng tin cậy * XMPP XMPP ban đầu gọi "Jabber." Nó phát triển cho tin nhắn tức thời (IM) để kết nối người với người khác thông qua tin nhắn văn XMPP viết tắt Extensible Messaging Presence Protocol Hình 1.4 Ví dụ XMPP XMPP sử dụng định dạng văn XML, tương tự MQTT chạy, XMPP chạy tảng TCP, qua HTTP TCP Sức mạnh chương trình name@domain.comaddressing mạng Internet khổng lồ 1.3: Công nghệ cảm biến Trong Internet of Things, cảm biến đóng vai trị then chốt, đo đạt cảm nhận giá trị từ môi trường xung quanh gửi đến vi xử lý sau gửi lên mạng Chúng ta bắt gặp số loại cảm biến cảnh báo cháy rừng, cảnh báo động đất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, Để giúp cho thiết bị kéo dài thời gian sống địi hỏi cảm biến phải tiêu hao lượng lượng thấp Bên cạnh độ xác thời gian đáp ứng cảm biến phải nhanh Để giá thành thiết bị thấp địi hỏi giá cảm biến phải thấp Hình 1.6 Một số loại cảm biến hay gặp 1.4: Các ứng dụng IOT Với hiệu thông minh thiết thực mà IoT đem đến cho người, IoT tích hợp khắp thứ, nơi xung quanh giới mà người sống Từ vòng đeo tay, đồ gia dụng nhà, mãnh vườn ươm hạt giống, sinh vật sống động vật hay người…đều có sử dụng giải pháp IoT Hình 1.8 Tổng quan ứng dụng IoT 1.4.1: Ứng dụng lĩnh vực vận tải Ứng dụng điển hình lĩnh vực gắn chíp lấy tọa độ GPS lên xe chở hàng, nhằm kiểm sốt lộ trình, tốc độ, thời gian đến xe chở hàng Ứng dụng giúp quản lý tốt khâu vận chuyển, có xử lý kịp thời xe khơng lộ trình hoạt bị hỏng hóc lộ trình mà mạng di động khơng phủ sóng tới được, kiểm sốt lượng nhiên liệu tiêu hao ứng với lộ trình vạch trước… Hình 1.9 Theo dõi lộ trình xe chở hàng 1.4.2: Ứng dụng lĩnh vực sản xuất nơng nghiệp Q trình sinh trưởng phát triển trồng trải qua nhiều giai đoạn từ hạt nảy mầm đến hoa kết trái Ở giai đoạn cần có chăm sóc khác chất dinh dưỡng chế độ tưới tiêu phù hợp Những yêu cầu đòi hỏi bền bỉ siêng người nông dân từ ngày sang ngày khác làm cho họ phải vất vả Nhưng nhờ vào ứng dụng khoa học kỹ thuật, sử dụng cảm biến để lấy thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ pH đất trồng, với bảng liệu quy trình sinh trưởng loại đó, hệ thống tự động tưới tiêu bón lót cho trồng phù hợp với giai đoạn phát triển trồng Người nông dân kiểm tra, quan sát vận hành hệ thống chăm sóc trồng hình máy tính có nối mạng 10 PHẦN IV: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4.1 Mơ hình 4.1.1 Sơ đồ khối dự án Sơ đồ khối chấp hành 20 Sơ đồ khối cảm biến Sơ đồ kết nối arduino với esp8266 21 Sơ đồ mạch điện thiết bị 22 4.1.2 Lưu đồ thuật tốn Giải thích tốn - Người dùng khởi tạo vườn chọn giống trồng thiết bị Cảm biến đọc giá trị, nhiệt độ, độ ẩm, độ PH… Sau người dùng khởi tạo vườn chọn giống trồng hệ thống tính tốn đưa điều kiện thích hợp để trồng phát triển tốt tự động điều khiển - thiết bị: máy bơm Đèn để đáp ứng điều kiện đó… Người dùng tự điều khiển thiết bị cần thiết 23 4.1.3 Sơ đồ use case Sơ đồ use case app mobile 24 Sơ đồ use case web server 25 4.4 Công nghệ sử dụng STT Tên WebStorm Chức Phần mềm xây dựng mã nguồn ứng Visual Studio Code Arduino dụng mobile (adroid, ios) Phần mềm hỗ trợ xây dựng server Phần mềm hỗ trợ xây dựng mã nguồn Adobe XD tương tác thiết bị điện tử Phần mềm hỗ trợ thiết kế giao diện Adobe Photoshop mobile Phần mềm hỗ trợ thiết kế, chỉnh sửa Google Drive GitHub Google meet, zalo Jira hình ảnh Quản lý, lưu trữ fodel dự án Hỗ trợ quản lý source code Ứng dụng trao đổi làm việc Phần mềm hỗ trợ quản ký cơng việc 4.5 Phân tích chức 4.5.1 App Mobile Đăng nhập: Đăng nhập tải khoản người dùng Đăng ký: Người dùng đăng ký tài khoản Tạo vườn: Người dùng khởi tạo vườn Xem thơng tin thơng só thiết bị vườn tải khoản đăng ký Điều khiển vườn: người dùng điều khiển vườn thông qua app mobile Nhận thông báo: Người dùng nhận thơng báo có thơng số vượt mức Ghi nhật ký nông vụ: người dùng thực ghi chép nhật kí sản xuất 4.5.2 Web quản trị Đăng nhập: Đăng nhập tải khoản admin Đăng ký: Admin thêm, sửa, xóa tài khoản người dùng Xem, sửa, xóa danh sách vườn: Admin xem danh sách vườn user Thêm cây: Admin thêm giống trồng, thêm tiến trình mẫu cho giống trồng 26 4.6 Thiết kế sở liệu 4.6.1 Sơ đồ thực thể 4.6.2 Thiết kế chi tiết thực thể Bảng User Là bảng chứa thông tin user Tên cột userID username password Sdt Kiểu liệu integer String String number Ghi ID user Tên đăng nhập Mật Số điện thoại người dùng 27 Bảng Farm Là bảng chứa thông tin vườn Tên cột farmID PersonID deviceID treeID farmName location area timeStart Kiểu liệu Integer Integer Integer Integer String String Float Datetime Ghi Id định danh vườn Id định danh user Id định danh thiết bị Id định danh trồng Tên vườn Địa điểm vườn Diện tích vườn Thời gian khởi tạo vườn Bảng Device Là bảng chứa thông tin thiết bị Tên cột deviceID Temperature Humidity soilHumidity PH lightIntensity Kiểu liệu Integer Float Ghi Id định danh thiết bị Giá trị cảm biến nhiệt Float độ Giá trị cảm biến độ ẩm Float khơng khí Giá trị cảm biến độ ẩm Float đất Giá trị cảm biến độ PH Float đất Giá trị cảm biến ánh sáng Bảng Controller Là bảng chứa trạng thái thiết bị Tên cột ControlID deviceID mayBom Kiểu liệu Integer Integer Integer Ghi Id định danh bảng Id định danh thiết bị Trạng tháu bật/tắt hệ 28 Led Phun sương Integer thống máy bơm Trạng thái bật/tắt hệ integer thống đèn Trạng thái bật/tắt relay hệ thống phun sương Bảng Tree Là bảng chứa thông tin trồng Tên bảng TreeID TreeName processID Kiểu dũ liệu integer String integer Ghi ID định danh bảng Tên trồng ID định danh bảng Bảng process Là bảng chứa thông số trồng Tên cột IDprocess Time Temperature Humidity soilHumidity PH Light Kiểu liệu integer DateTime Float Float Float Ghi ID định danh bảng Thời gian sinh trưởng Nhiệt độ thích hợp Độ đẩm thích hợp Độ ẩm đất thích hợp Float float Độ PH thích hợp Cường độ ánh sáng thích hợp Bảng farmDiary Là bảng chứa thơng tin nhật ký nông vụ Tên cột farmDiaryID FarmID Time Work Disease Supplies Kiểu liệu Integer Integer Datetime String String String Ghi ID định danh bảng ID định danh farm Thời gian ghi nhận Công việc Dịch bệnh Sử dụng thuốc trừ sâu, 29 phân bón 4.7 Thiết kế giao diện Màn hình chào Màn hình đăng ký tài khoản Màn hình đăng nhập Màn hình hiển thị danh sách vườn 30 Menu ứng dụng Màn hình hiển thị chức vườn Màn hình hiển thị thơng số mơi trường Màn hình điều khiển thiết bị vườn vườn 31 PHẦN V: THỰC HIỆN DỰ ÁN 5.1 Kế hoạch thực dự án STT Công việc Tình trạng Ghi Tìm hiểu, khảo sát nhu cầu xã hội, từ đưa giải Đã xong pháp nghiên cứu sản phẩm Nghiên cứu chức Đã chốt thống sản phẩm chức Thiết kế, phân tích sơ đồ, chia công việc cho Đã xong thành viên xây dựng lắp rap thiết bị phần cứng, kết nối Hoàn thành 80% thiết bị Code giao diện app Hoàn thành 70% Code backend app Hoàn thành 80% Ghép api vào ứng dụng Hoàn thành 70% Viết báo cáo Hồn thành 80% Thiết kế PowerPoin thuyết trình Hồn thành 10 Kiểm tra lỗi sản phầm, đóng gói Chưa hồn thành 11 Giới thiệu, thuyết trình sản phẩm 32 PHẦN VIII: KẾT LUẬN 8.1 Thuận lợi thực dự án - Các thành viên chuyên ngành MOB – IOT người hiểu - biết xử lý vấn đề liên quan đến IOT Được giúp đỡ tận tình giảng viên hướng dẫn ý tưởng kiến - thức, giúp việc thực dự án dễ dàng Các thiết bị phục vụ phần cứng dễ dàng mua lắp đặt Thuận lợi đến từ môi trường khách quan thành viên quen với nơng nghiệp việc thực ý tưởng dễ dàng 8.2 Khó khăn thực dự án - Khó khăn dịch bệnh khiến nhóm gặp vấn đề kết nối phần cứng lại với - Nhóm thường xuyên phải họp thực theo hình thức online việc thực - dự án gặp khó khăn Dịch bệnh khiến nhóm khơng thể khảo sát thực tế vườn người dân chủ - yếu thực khảo sát thông qua gọi điện Việc kết nối server thiết bị ban đầu gặp nhiều khó khăn 8.3 Bài học rút thực dự án - Chú ý làm việc nhóm nhiều hơn, bớt làm việc cá nhân - Trau dồi thêm kiến thức kết nối server - Tìm hiểu cập nhật kiến thức ( kiến thức IOT, app Mobile… ) để phục vụ cho dự án sau 8.4 Cơ hội phát triển dự án - Có thể tích hợp mã truy vết nguồn gốc nơng sản nhằm nâng cao chất lượng - uy tín sản phẩm Ứng dụng phát triển theo dạng chủ doanh nghiệp phân quyền cho cấp - quản lý số vườn Giải pháp ứng dụng ngồi mơi trường nhà kính 33 ... Việc sử dụng thuốc trừ sâu phân bón nông nghiệp truyền thông điều phổ biến Đối vơi nông nghiệp thông minh, nông nghiệp số dựa IoT để canh tác xác giúp người nông dân tiết kiệm lượng nước, không... Đây lý nông nghiệp thông minh xuất IoT cơng nghệ đóng vai trị quan trọng bắt đầu tác động đến nhiều lĩnh vực ngành công nghiệp, từ sản xuất, y tế, truyền thông, lượng ngành nông nghiệp IoT bao... PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG 3.1 Thế mạnh IoT Ứng dụng IoT vào nông nghiệp xu hướng chung toàn giới, đặc biệt đất nước lấy nông nghiệp làm trọng tâm, Việt Nam IoT biến nông nghiệp từ lĩnh vực sản xuất