(Đồ án hcmute) ứng dụng công nghệ iots vào việc giám sát từ xa cho mô hình nông trại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI GVHD: ThS LÊ MINH THÀNH SVTH: ÐÀO ÐÌNH VĂN MSSV: 13119167 SVTH: NGUYỄN TẤN DUY MSSV: 13119176 SVTH: BÙI ÐÌNH TRUNG ÐỨC MSSV: 13119072 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI GVHD: ThS LÊ MINH THÀNH SVTH: ĐÀO ĐÌNH VĂN – 13119167 NGUYỄN TẤN DUY – 13119176 BÙI ĐÌNH TRUNG ĐỨC – 13119072 NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đào Đình Văn Họ tên sinh viên: Nguyễn Tấn Duy Họ tên sinh viên: Bùi Đình Trung Đức Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Minh Thành Ngày nhâ ̣n đề tài: MSSV: 13119176 MSSV: 13119167 MSSV: 13119072 Lớp: 13119CL2 ĐT: 0981181093 Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu mạng ZigBee - Tìm hiểu ứng dụng kit Raspberry việc thu thập liệu, điều khiển robot xe, xây dựng web server - Thiết kế xây dựng mô hình nơng trại với tính thu thập liệu nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thiết bị ngoại vi Sản phẩm: - Mơ hình nơng trại có tích hợp module thu thập nhiệt độ, độ ẩm, kết nối với ZigBee Router ngoại vi máy bơm, quạt, massage - Xe robot tích hợp kit Raspberry kết nối với camera, ZigBee Coordinator - Web server để điều khiển giám sát nông trại GV HƯỚNG DẪN i an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Đào Đình Văn MSSV: 13119167 Họ tên sinh viên: Nguyễn Tấn Duy MSSV: 13119176 Họ tên sinh viên: Bùi Đình Trung Đức MSSV: 13119072 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Minh Thành NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Đào Đình Văn MSSV: 13119167 Họ tên sinh viên: Nguyễn Tấn Duy MSSV: 13119176 Họ tên sinh viên: Bùi Đình Trung Đức MSSV: 13119072 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MÔ HÌNH NƠNG TRẠI Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii an LỜI CẢM ƠN Trong suố t khoá ho ̣c (2013-2017) ta ̣i Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuâ ̣t TP.HCM, nhóm chúng em đã nhâ ̣n đươ ̣c sự tâ ̣n tin ̀ h da ̣y dỗ của quý Thầ y, Cô về kiế n thức chuyên môn cũng những kiế n thức cuô ̣c số ng Từ những kiế n thức đó đã giúp chúng em hoàn thành Đồ Án thời gian cho phép Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầ y Cô Khoa Chất Lượng Cao đã giảng da ̣y chúng em những kiế n thức về chuyên môn và giúp chúng em đinh ̣ hướng theo sự hiể u biế t và khả để chúng em thực hiê ̣n tố t đề tài “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI” và ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho chúng em hoàn tấ t khoá ho ̣c Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Lê Minh Thành, người hướng dẫn, giúp đỡ chúng chúng em tận tình tạo điều kiện tốt cho chúng em thực Đồ Án Ngồi ra, chúng em hết lịng biết ơn Gia Đình, Bạn Bè hết lịng giúp đỡ, động viên, ủng hộ đóng góp ý kiến cho chúng em suốt thời gian thực Đồ Án Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày…tháng…năm 20 Sinh viên thực Đào Đình Văn Nguyễn Tấn Duy Bùi Đình Trung Đức iv an TĨM TẮT Xu hướng Internet of Things phổ biến diện rõ đời sống hoạt động cơng việc Cơng nghiệp hóa đại hóa đưa nhu cầu thu thập liệu tự động điều khiển đời sống sản xuất tăng cao Theo loạt cơng nghệ không dây đời ZigBee, BLE (Bluetooth Low Energy), Wi-Fi sử dụng lượng thấp cung cấp tính đa dạng cơng nghệ điều khiển thiết bị Ở lĩnh vực này, công nghệ không dây ZigBee sử dụng rộng rãi khẳng định ưu với nhiều ứng dụng khác Đề tài “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI” thực nhằm thiết kế mơ hình thu thập liệu điều khiển thiết bị mạng ZigBee Mơ hình cịn kết nối internet để người dùng dể dàng giám sát điều khiển nơi đâu thông qua web server sử dụng điện thoại, tablet laptop Báo cáo đề tài khái quát qua số mảng kiến thức tham khảo dùng đồ án Qua chương, báo cáo đề tài trình bày từ lý thuyết đến thiết kế chi tiết đến kết sản phẩm Cuối báo cáo nhận định nhóm thực sản phẩm Dựa kết đạt được, nhóm thực đưa hướng phát triển cho hệ thống v an ABSTRACT The trend of Internet of Things is widespread and present in our lives and our work activities Industrialization - Modernization has increased the demand for data acquisition and automation in life and production A range of new wireless technologies such as ZigBee, BLE (Bluetooth Low Energy), low power Wi-Fi, and a variety of technologies in device control are emerging In this field, ZigBee wireless technology is widely used and has been claimed to be superior to many different applications The topic of "APPLICATIONS IoTs TECHNOLOGY FOR SUPERVISION MONITORING FOR AGRICULTURAL MODELS" was designed to design a data acquisition and control model for ZigBee network equipment The model is also connected to the internet so that users can easily monitor and control them anywhere via the web server used on phones, tablets and laptops The topic report is also generalized through some of the reference sections used in the project Through each chapter, report the subject from theory to detailed design to product results At the end of the report are the statements made by the team about the product Based on the results achieved, the team made the development direction for the system vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN II PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT V ABSTRACT VI MỤC LỤC VII DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XI DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ XII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 NỘI DUNG ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 INTERNET OF THINGS 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Mơ hình hệ thống IoTs 2.1.3 Ứng dụng IoTs vào nông nghiệp 2.2 ZIGBEE 2.3 WEB SERVER 13 2.3.1 Tổng quan web server 13 2.3.2 Một số phần mềm Web Server phổ biến 13 vii an 2.3.3 Ngôn ngữ lập trình PHP 14 2.4 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DỮ LIỆU 15 2.5 RASPBERRY 17 2.5.1 Giới thiệu 17 2.5.2 Phần cứng Raspberry Pi 18 2.5.3 Mơi trường lập trình Raspberry Pi 19 2.6 VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887 20 2.7 THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 21 2.7.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 21 2.7.2 Raspberry Pi camera 23 2.7.3 Màn hình hiển thị 24 2.7.4 Động DC 25 2.7.5 Module điều khiển động LM298 26 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 27 3.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG 27 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI 27 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 28 3.3.1 Khối trung tâm 28 3.3.2 Thiết kế mạch kết nối PIC16F887 với cảm biến 32 3.3.3 Cấu hình truyền liệu khối ZigBee 34 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 35 3.4.1 Thiết kế webserver 35 3.4.2 Lưu đồ giải thuật Pic 16F887 40 3.4.3 Lưu đồ giải thuật Raspberry Pi 45 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 47 4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG 47 viii an Hình 4.9: Giao diện hình Home Hình 4.10: Phần giới thiệu nhóm Từ giao diện người dùng nhìn thấy trang web trực quan, thân thiện dễ dàng sử dụng gồm phần TOP, TEMPERATURE AND HUMIDITY, CAMERA hình 4.4 53 an Hình 4.11: Giao diên web server Dữ liệu cập nhật liên tục khoảng thời gian phút/lần thể biểu đồ đường giúp người dùng dễ dàng theo dõi việc xem lại lịch sử liệu (hình 4.5) Hình 4.12: Cài đặt ngưỡng cho nhiệt độ, độ ẩm 54 an Hình 4.13: Biểu đồ đường hiển thị nhấn Temperature and Humidity Graph Hình 4.14: Biểu đồ đường nơng trại A 55 an Hình 4.15: Biểu đồ đường nơng trại B Hình 4.16: Biểu đồ đường nông trại C Trên biểu đồ đường người dùng muốn lưu biểu đồ, xuất liệu file excel… chọn chon nút hình bên Hình 4.17: Chức biểu đồ đường 56 an Giao diện camera thể bên tap CAMERA Hình 4.18: Hình ảnh thu từ camera Một số chức lưu video, lưu hình ảnh, nhận dạng chuyển động ta nhấn vào nút Full Đồng thời chức điều khiển xe thiết kế hình 4.17 57 an Hình 4.19: Trang control robot 58 an CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Qua đề tài nhóm nghiên cứu giải vấn đề sau:  Nghiên cứu lý thuyết mạng ZigBee kết nối không dây ZigBee/IEEE 802.15.4  Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình PHP thiết kế web server, sử dụng ngơn ngữ lập trình python có nguồn sẵn dễ dàng cho việc lập trình Raspberry  Xây dựng mơ hình nông trại sử dụng web server để điều khiển robot xe giám sát nông trại thông qua camera  Web có chức cập nhật nhiệt độ độ ẩm từ cảm biến, trạng thái quạt máy bơm, có chức điều khiển quạt máy bơm theo yêu cầu người dùng  Pic có chức đọc liệu từ cảm biến, điều khiển ngoại vi (quạt, máy bơm) truyền liệu qua cho ZigBee Router  Áp dụng cho mơ hình chăn ni bị sữa quy mơ lớn nhờ khoảng cách truyền nhận mạng ZigBee 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Do hạn chế thời gian, kiến thức vấn đề kinh tế nên ngoại vi, cảm biến mơ hình cịn đơn giản Do áp dụng vào thực tế, mơ hình cần phải nâng cấp cảm biến ngoại vi để thích ứng cho ứng dụng cụ thể như:  Giao tiếp Pic với nhiều loại cảm biến cảm biến ánh sáng, cảm biến đo nồng độ oxy, cảm biến khí ga…  Nghiên cứu sâu lập trình web để tăng tính bảo mật cho web, điều khiển nơng trại từ xa thông qua mang internet Thiết kế web thực chức phức tạp hơn, đăng kí tên miền cho web 59 an  Phát triển giao diện chạy tảng android, IOS để tương tác với người dùng smartphone Hi vọng với hướng phát triền với ý tưởng, góp ý thầy cô bạn Đề tài phát triển sớm ứng dụng cho tương lai 60 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Internet of Things gì? Tại trở thành xu hướng tương lai? 20/1/2015” [2] “Thế giới Tương lai Internet of Things 22/5/2014” [3] Everton Cavalcante, Marcelo Pitanga Alves, An Analysis of Reference Architectures for the Internet of Things, Corba 2015 [4] http://iotnongnghiep.com/2016/10/06/co-ban-chua-biet-nong-nghiep-dangdi-dau-trong-ung-dung-iot/ [5] http://iotvietnam.com/tong-quan-ve-cong-nghe-ZigBee/ [6] http://www.oktot.com/webserver-la-gi-tong-quan-ve-webserver/ [7] http://hoclaptrinhweb.org/lap-trinh/hoc-php/227-bai-1-giơi-thieu-ve-ngonngu-lap-trinh-php-va-huong-dan-cai-dat.html [8] http://mualinhkien.vn/chi-tiet-bv/lap-trinh-pic-bai-9-giao-tiep-uart-voi-maytinh.html [9] http://codientu.org/threads/8559/ [10] http://arduino.vn/bai-viet/1212-tong-quan-phan-cung-raspberry-pi-2 [11] https://tinhte.vn/threads/su-dung-he-dieu-hanh-linux-on-dinh-mien-phi-tienloi-va-vinh-biet-virus.1287458/ [12] [13] MICROCHIP – PIC 16F87 DATASHEET,1997 http://mcu.banlinhkien.vn/threads/dht11-cam-bien-do-am.122/ [14] https://raspberrypi.vn/shop/phu-kien-raspberry-pi/raspberry-pi-cameramodule [15] https://arduino360.com/module-dieu-khien-motor-l298n [16] RaspberryVN “Hướng dẫn - Các nội dung tìm hiểu liên quan đến Raspberry Pi,” 18/9/2013 Tham khảo link http://codientu.org/threads/8560/ [17] Ken Zaki (nick name) “Hướng dẫn CHMOD để bảo vệ host,” 22/03/2010 Tham khảo link http://forum.bkav.com.vn/forum/bkav-other/phan-mem/5796huong-dan-chmod-de-bao-ve-host 61 an PHỤ LỤC Các bước cấu hình mạng ZigBee Bước 1: Chọn module ZigBee DRF1605H làm Coordinator, sử dụng phần mềm DTK Application cấu hình tham số cho module Hình 0.1: Phần mềm cấu hình ZigBee    Khi ta cắm giao tiếp module với máy tính ta mở phần mềm DTK Application, chọn cổng COM giao tiếp với tính chọn Connect chờ cho máy tính nhận module (Điều kiện máy tính cài Driver giao tiếp với module) Chọn thông số mà ta muốn cài đặt cho module, ví dụ ta chọn module làm Coordinator Sau ta chọn Write để ghi vào chip sau Disconnect, Connect lại lúc module trở thành Coordinator Để xác minh ta chọn Read để đọc thơng số module Tiếp đến ta cài đặt thông số tùy theo mạng chung ta muốn, hai thông số quang trọng PAN ID Baud rate Với PAN ID địa PAN ID Coordinator cần phải nắm rõ, để ta cấu hình chọn PAN ID 62 an Router hay End-Device phải trùng với PAN ID coordinator coordinator cấp cho node tham gia vào mạng địa short address Thông số tốc độ Baud rate tùy theo tốc độ mà ta chọn cho phù hợp, test mạng chọn baud rate 38200 Sau cấu hình thơng số hồn thành ta disconnect module Bước 2: Chọn tiếp module khác, để cấu hình thành node mạng, module DRF1605H hỗ trợ loại Coordinator Router Vì ta cấu hình Router Các bước cấu hình tương tự cấu hình Coordinator, ý PAN ID trùng với PAN ID Coordinator tốc độ Baud rate Bước 3: Sau cấu hình xong module thành node mạng, lưu ý cấu hình coordinator lần Tiếp theo ta cấp nguồn cho module coordinator sau tới module router Bước 4: Để kiểm tra trực quang mơ hình mạng ta thiết lập ta sử dụng phần mềm ZigBee Sensor monitor TI hỗ trợ để test mạng Hình 0.2: Test mạng phần mềm ZigBee Sensor Monitor Hình cho ta thấy giao diện phần mềm test TI, ta kết nối module DRF1605H cấu hình thành Coordinator giao diện xuất vịng trịn đỏ đại diện ta ấn nút test module module gởi gói tin thơng qua UART thị máy tính Phần mềm Test hỗ trợ tốc độ Baud rate 38200 Sau kết nối Coordinator với máy tính đại diện vịng trịn đỏ phần mềm test, ta tiến hành cấp nguồn cho node mạng lại, chờ khoảng 3s 63 an nguồn ổn định ta nhấn nút test module ta kích vào chân số J2 (Test button), để gởi gói tín tới Coordinator u cầu tham gia mạng sau Coordinator kiểm tra xong kết nối mạng thành lập Hình 0.3: Mơ hình mạng kết nối thành công gồm Coordinator Router  Truyền liệu Coordinator Router: ZigBee kết nối với Pic qua UART với vai trò Router nhận liệu nhiệt độ, độ ẩm từ cảm biến DHT11 trạng thái quạt, động Dữ liệu lưu vào mảng gồm phần tử truyền liên tục hình 3.9 Hình 0.4: Dữ liệu truyền từ Router lên Coordinator 64 an Cài đặt chương trình tạo máy chủ laptop Để thiết kế Web Server ta cần phải có chương trình tạo máy chủ web tích hợp sẵn Apache, PHP, MySQL, FTP Server, Mail Server công cụ phpMyAdmin Phần mềm XAMPP chương trình máy chủ web có đầy đủ yêu cầu Các bước thiết kế liệt kê phân phụ lục Bước 1: Tải XAMPP tiến hành cài đặt chương trình thơng thường Hình 0.5:Chương trình tạo Web Server Bước 2: Start Apache MySQL XAMPP control panel Hình 0.6: Sử dụng Apache Mysql Bước 3: Gõ vào trình duyệt địa localhost Nếu hình sau việc cài đặt thành cơng 65 an Hình 0.7: Cài đặt thành cơng Bước 4: Vào thư mục cài đặt XAMPP/htdocs tiến hành tạo file test.php với nội dung sau: Gõ trình duyệt địa localhost/test.php Nếu dòng chữ Hello World nghĩa ứng dụng PHP chạy thành cơng Hình 0.8: Đăng nhập localhost 66 an S an K L 0 ... cơng nghệ điều khiển thiết bị Ở lĩnh vực này, công nghệ không dây ZigBee sử dụng rộng rãi khẳng định ưu với nhiều ứng dụng khác Đề tài ? ?ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH... ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu mạng ZigBee - Tìm hiểu ứng dụng kit Raspberry việc thu... Bùi Đình Trung Đức MSSV: 13119072 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs VÀO VIỆC GIÁM SÁT TỪ XA CHO MƠ HÌNH NƠNG TRẠI Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội