(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu, thiết kế hệ thống quản lý nông trại, ứng dụng công nghệ iot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC TIẾN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC TIẾN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ NGỌC TIẾN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THU HÀ Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: Hồ Ngọc Tiến Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/02/1993 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: KV Phò An, phường Nhơn Hưng, TX An Nhơn, tỉnh Bình Định Di động: 0938 802 536 Email: ngoctienspk11@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ tháng 09/2011 đến tháng 08/2015 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử Truyền thông Tên Đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế thi công thiết bị báo cấp cứu cho người già” Bảo vệ đồ án tốt nghiệp: tháng năm 2015 Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Đình Phú III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Từ 9/2015 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH Điện tử D.G.S Nghiên cứu, thiết kế đồng hồ nước siêu âm, thiết bị thu thập liệu số cảm biến môi trường i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Hồ Ngọc Tiến ii Luan van LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, lời xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Điện – Điện Tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, người dạy dỗ, trang bị cho tơi kiến thức bổ ích Sau thời gian học tập nghiên cứu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, tơi thầy, cô truyền đạt cho lượng lớn kiến thức lý thuyết kỹ cần thiết cho q trình nghiên cứu ứng dụng cơng việc Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thu Hà tận tình hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệm quý báu suốt trình nghiên cứu, thực đề tài Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị đồng mơn khóa trước, anh chị đồng nghiệp công ty Các anh chị hướng dẫn giới thiệu thêm nhiều nguồn tài liệu tham khảo có giá trị q trình nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè tạo điều kiện tốt động viên tơi hồn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Hồ Ngọc Tiến iii Luan van TÓM TẮT Luận văn trình bày nội dung nghiên cứu thiết kế hệ thống nông trại thông minh ứng dụng công nghệ IoT Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp thu thập liệu từ cảm biến môi trường, tổng hợp, lưu trữ gửi liệu lên server Đề tài ứng dụng logic mờ để đưa lời khuyên cho người nông dân dựa thông số thu thập Một số thuật toán lựa chọn lọc liệu ứng dụng để sàn lọc tiết kiệm dung lượng liệu cần truyền Luận văn thực nghiệm phần cứng tự thiết kế, bao gồm thiết bị thu liệu, điều khiển trung tâm phần mềm hỗ trợ cài đặt theo dõi số Logic mờ mô Matlab lập trình lên vi điều khiển STM32F107 trình biên dịch Keil C Việc lập trình thuật toán logic mờ lên vi điều khiển khởi đầu cho q trình nhúng thuật tốn phức tạp lên tảng MCU 32 bit iv Luan van ABSTRACT The thesis presents research content and design smart farm system using Internetof-Thing (IoT) technology This thesis focused on methods of collecting data from environmental sensors, synthesize, store and send data to the server This paper applies the Fuzzy logic to give advice to farmers based on the data collected Several algorithms for selecting and filtering data are used to eliminate unnecessary data and save data storage during transmission This thesis is performed on self-designed hardware, including Node (the data acquisition devices), Gateway (the central controller), and software for setting and monitoring indicators Fuzzy logic is simulated on Matlab software and programmed on STM32F107 microcontroller with Keil-C compiler Fuzzy logic programming on microcontrollers is the beginning of the process of embedding more complex algorithms on 32-bit MCU platforms v Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH BẢNG BIỂU xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Bố cục luận văn Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu công nghệ IoT 2.1.1 Khái niệm IoT 2.1.2 Xu hướng tính chất IoT vi Luan van 2.1.3 Ứng dụng IoT 10 2.1.4 Kiến trúc IoT 10 2.2 Logic mờ 12 2.2.1 Khái niệm logic mờ 12 2.2.2 Ứng dụng logic mờ 12 2.2.3 Nhầm lẫn tranh cãi 13 2.3 Wifi 15 2.3.1 Giới thiệu Wifi 15 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động Wifi 15 2.3.3 Một số chuẩn kết nối Wifi phổ biến 16 2.4 Lora 17 2.4.1 Giới thiệu Lora 17 2.4.2 Nguyên lý hoạt động Lora 17 2.4.3 Các thông số hoạt động Lora 19 2.5 Ethernet 20 2.5.1 Giới thiệu Ethernet 20 2.5.2 Tiêu chuẩn hóa Ethernet 21 2.5.3 Sự phát triển Ethernet 22 2.5.4 Cấu trúc frame 23 Chương 24 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 24 3.1 Bài toán đề tài nghiên cứu 24 3.2 Thiết kế phần cứng 32 3.3.1 Thiết kế hệ thống nhận liệu cảm biến giao tiếp LoRa 32 vii Luan van #include "stdlib.h" #include "fuzzy.h" #include "com.h" #include "eeprom.h" /* USER CODE END Includes */ /* Private variables -*/ /* USER CODE BEGIN PV */ /* Private variables -*/ uint16_t timeout; uint8_t timer; uint16_t count_avr; uint8_t second,minute,hour,day,month,year; RTC_DateTypeDef cDay; RTC_TimeTypeDef cTime; float nhiet[6]={24.0,26.0,28.0,30.0,32.0,34.0}; float am[3]={40.0,60.0,80.0}; float kq1[18]; float kq2[18]; /* USER CODE END PV */ /* Private function prototypes -*/ void SystemClock_Config(void); /* USER CODE BEGIN PFP */ /* Private function prototypes -*/ /* USER CODE END PFP */ /* USER CODE BEGIN */ /* USER CODE END */ /** * @brief The application entry point * * @retval None */ int main(void) { /* USER CODE BEGIN */ int i,j; /* USER CODE END */ /* MCU Configuration */ /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */ /* USER CODE END Init */ 68 Luan van /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */ /* USER CODE END SysInit */ /* Initialize all configured peripherals */ MX_GPIO_Init(); MX_SPI1_Init(); MX_USART1_UART_Init(); MX_USART2_UART_Init(); MX_I2C1_Init(); MX_SPI2_Init(); MX_USART3_UART_Init(); MX_IWDG_Init(); MX_TIM6_Init(); MX_RTC_Init(); /* USER CODE BEGIN */ HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET); while(HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t*)Buffer1, buffer_size)!=HAL_OK){} while(HAL_UART_Receive_IT(&huart2, (uint8_t*)Buffer2, buffer_size)!=HAL_OK){} while(HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t*)Buffer3, buffer_size)!=HAL_OK){} HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6); HAL_RTCEx_SetSecond_IT(&hrtc); Eeprom_Read_Sequential(Seri_Num_Add,(uint8_t *)seri_num,4); Eeprom_Read_Sequential(FW_Ver_Add,(uint8_t *)fw_ver,4); Eeprom_Read_Sequential(SSID_Add,(uint8_t *)SSID,32); Eeprom_Read_Sequential(Pass_Add,(uint8_t *)Pass,32); for(i=0;i