XÂY DỰNG hệ THỐNG tưới tự ĐỘNG dựa TRÊN độ ẩm đất và THEO dõi từ XA THÔNG QUA APP BLYNK sử DỤNG NODEMCU ESP 8266 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IOT (INTERNET OF THINGS) BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC XÂY DỰNG HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN ĐỘ ẨM ĐẤT VÀ THEO DÕI TỪ XA THÔNG QUA APP BLYNK SỬ DỤNG NODEMCU ESP 8266 Giảng Viên: Nguyễn Thùy Dương Nhóm : 05 Sinh viên thực hiện: 1.Lê Hoàng Việt-2021050721 2.Trần Thu Thảo-2021050605 3.Bùi Thị Thiệp-2021050621 4.Nguyễn Ngọc Thuận-2021050626 5.Hoàng Văn Tường-2021050717 HÀ NỘI – 2023 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống tưới tự động dựa độ ẩm đất theo dõi từ xa thông qua điện thoại di động sử dụng App Blynk NodeMCU ESP8266 giải pháp hiệu cho việc tưới trồng cách thông minh, tiết kiệm nước đảm bảo cung cấp đủ nước để phát triển sinh trưởng tốt Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa thông qua điện thoại hệ thống thiết bị phụ trợ tốt đáp ứng theo nhu cầu sinh trưởng trồng, ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân công, vốn phát triển nhiều nước giới Tuy nhiên, Việt Nam vài ba năm trở lại đây, việc tận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước trở nên phổ biến với người nông dân nơng thơn với q trình đại hóa, cơng nghiệp hóa nơng thơn chưa dám mạnh dạng đưa vào sử dụng chi phí cao Trong báo cáo này, chúng tơi giới thiệu quy trình xây dựng hệ thống tưới tự động dựa độ ẩm đất theo dõi từ xa thông qua điện thoại di động sử dụng App Blynk NodeMCU ESP8266 II Thiết bị Các thiết bị cần sử dụng để xây dựng hệ thống bao gồm : NodeMCU ESP826 Cảm biến độ ẩm đất Mạch cầu nối độ ẩm đất Mạch điều khiển Relay Bộ nguồn điện Máy tính, Điện thoại di động kết nối internet III Các bước thực 1.Lắp đặt thiết bị 2.Lắp đặt cảm biến độ ẩm đất vào đất kết nối mạch cầu nối độ ẩm đất với NodeMCU ESP8266 3.Kết nối mạch điều khiển Relay với NodeMCU ESP8266 4.Kết nối NodeMCU ESP8266 với nguồn điện kết nối với internet Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1Giới thiệu tổng quan IoT IoT (Internet of Things) thuật ngữ sử dụng để mô tả mạng lưới thiết bị kết nối với thông qua Internet để giao tiếp trao đổi liệu.Trong mạng IoT, thiết bị kết nối cảm biến, máy móc, thiết bị điện tử thông minh, xe hơi, thiết bị y tế nhiều Các thiết bị sử dụng giao thức mạng để gửi liệu trạng thái chúng hoạt động thực hiện.Mục đích IoT tạo mạng lưới thơng minh, tự động hóa có khả tương tác với người cách hiệu Việc kết nối thiết bị thông qua Internet giúp tăng khả thu thập liệu cung cấp thông tin hữu ích cho doanh nghiệp tổ chức IoT áp dụng nhiều lĩnh vực khác như: Cơng nghiệp: IoT giúp tăng suất, giảm thời gian dừng máy tiết kiệm lượng Các thiết bị kết nối hệ thống sản xuất thu thập chia sẻ liệu để giúp nhà sản xuất đưa định thông minh Y tế: IoT cung cấp cho chuyên gia y tế thông tin để theo dõi sức khỏe bệnh nhân, giảm thời gian phát bệnh đưa liệu pháp phù hợp Ví dụ, thiết bị đồng hồ thông minh, cảm biến y tế thiết bị y tế di động giám sát dấu hiệu bệnh nhân gửi liệu đến chuyên gia y tế Smart Home: IoT giúp tạo hệ thống nhà thơng minh có khả tự động hóa, giúp tiết kiệm lượng tăng tính an tồn Các thiết bị máy giặt, tủ lạnh, bóng đèn, điều hịa, cảm biến thiết bị điều khiển giọng nói kết nối với để tạo hệ thống nhà thông minh Smart City: IoT giúp tạo thành phố thơng minh thông qua việc sử dụng cảm biến hệ thống thông tin để cải thiện quản lý giao thông, giám sát môi trường, quản lý lượng cải thiện chất lượng sống.Nơng nghiệp thơng minh: IoT giúp cải thiện suất nông nghiệp thông qua việc thu thập liệu từ cảm biến, giám sát mơi trường kiểm sốt tưới nước thức ăn trồng.Tóm lại, IoT trở thành xu hướng cơng nghệ phát triển nhanh chóng trở thành phần thiếu sống lĩnh vực kinh doanh sản xuất tương lai 1.2 Ý tưởng đề tài Đề tài đề xuất bao gồm ý tưởng sau: Kiểm tra kết nối internet Đọc giá trị độ ẩm đất từ cảm biến hiển thị lên Blynk (V0) 3.Cung cấp chế độ tuỳ chỉnh Auto/Máy bơm thông qua chức (V1/V2) *Trong chế độ Auto: Người dùng đặt ngưỡng độ ẩm thông qua chức Slider (V6 – Độ ẩm bật máy bơm, V7 – Độ ẩm tắt máy bơm) Nếu độ ẩm cao ngưỡng trên, hệ thống ngắt relay để tắt máy bơm Nếu độ ẩm thấp ngưỡng dưới, hệ thống đóng relay để mở máy bơm Nếu độ ẩm ngưỡng, hệ thống đóng relay để tắt máy bơm (ngừng bơm) *Trong chế độ máy bơm: Người dùng sử dụng nút nhấn button (V2) ứng dụng Blynk để điều khiển đóng ngắt relay Điều cho phép người dùng điều khiển máy bơm tay, độ ẩm đất Chế độ phù hợp người dùng muốn tưới bơm nước cách đơn giản nhanh chóng 1.3 Lựa chọn phần cứng cho hệ thống: Sau phân tích yêu cầu hệ thống, lựa chọn NodeMCU ESP8226 CH340 làm Board mạch điều khiển cho hệ thống NodeMCU V1.0 phát triển dựa Chip Wifi ESP8226 tích hợp sẵn Module ESP-12E, giúp kết nối Wifi dễ dàng với vài thao tác đơn giản Board tích hợp IC CP2102, cho phép giao tiếp dễ dàng với máy tính thơng qua Micro USB để thực thao tác với board NodeMCU V1.0 cịn có sẵn nút nhấn đèn LED để hỗ trợ cho trình học tập nghiên cứu Kích thước nhỏ gọn tính linh hoạt board cho phép dễ dàng kết nối với thiết bị ngoại vi khác để tạo sản phẩm mẫu project cách nhanh chóng Thơng số kỹ thuật: - Chip: ESP8266 CH340 - WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n - Điện áp hoạt động: 3.3V - Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB - Số chân I/O: 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0) Số chân Analog Input: (điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash: 4MB Giao tiếp: Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP Lập trình ngơn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU - Lua Cảm biến: Cảm biến độ ẩm đất Thông số kỹ thuật: -Điện áp hoạt động: 3.3~12VD -Tín hiệu đầu ra: +Analog: theo điện áp cấp nguồn tương ứng +Digital: High Low, điều chỉnh độ ẩm mong muốn biến trở thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp -Chiều dài dây cảm biến: 1m -Kích thước PCB: 3.6 x 1.5cm Thiết bị chấp hành: Relay mini (RL-M1) Thơng số kỹ thuật: • • • • • Điện áp hoạt động: 5VDC/12VDC (thay đổi Jump mạch) Ngõ relay: 250VAC-10A / 30VDC-10A Sử dụng ESP8266 ESP-01S Kích thước: 38 x 25 x 17.3mm Trọng lượng: 18g Chương 2:THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Lưu đồ thuật toán Bắt Bắt Đầu Đầu Độ Độ ẩm ẩm Tự Tự động động Button Button == 1 Độ Độ ẩm ẩm > ngưỡng ngưỡng đặt đặt trước trước Tiếp Tiếp tục/Không tục/Không bơm bơm Tắt Tắt máy máy bơm bơm Nếu Nếu độ độ ẩm ẩm đạt đạt mức mức đủ đủ Kết Kết thúc thúc Kết Kết thúc thúc 2.2 Thiết kế Blynk 2.2.1 Giới thiệu Blynk Blynk tảng IoT (Internet of Things) cho phép người dùng dễ dàng tạo điều khiển thiết bị IoT từ xa thông qua điện thoại thông minh máy tính bảng Với Blynk, người dùng tạo ứng dụng điều khiển từ xa cho thiết bị IoT cách nhanh chóng dễ dàng Blynk cung cấp ứng dụng di động trang web cho phép người dùng tạo giao diện điều khiển đơn giản cách sử dụng thư viện đồ họa công cụ kéo thả Blynk cung cấp thư viện mã nguồn mở cho tảng phần cứng khác nhau, cho phép người dùng dễ dàng tương tác với thiết bị họ thông qua Blynk Blynk cịn cung cấp tính khác lưu trữ liệu phân tích, cho phép người dùng theo dõi phân tích liệu từ thiết bị họ Blynk hỗ trợ tính bảo mật, cho phép người dùng bảo vệ thiết bị IoT khỏi mối đe dọa an ninh Blynk tảng IoT phổ biến sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm giám sát mơi trường, kiểm sốt đèn thiết bị gia đình thơng minh, chí ứng dụng công nghiệp 2.2.2 Thiết kế giao diện Blynk 2.2.3 DataStreams 2.3 Mạch thực tế 2.4 Code chương trình #include #include #define #define #define #define BLYNK_PRINT Serial BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL6qnGvvBAI" BLYNK_TEMPLATE_NAME "SmartFarming" BLYNK_AUTH_TOKEN "Zotoo_RdTPeAa5iBHQCNDTpplMxVvefF" char auth[] = "Zotoo_RdTPeAa5iBHQCNDTpplMxVvefF";//Enter your Auth token char ssid[] = "Viet Le";//Enter your WIFI name char pass[] = "Viet17042002@";//Enter your WIFI password BlynkTimer timer; int relay_bomtuoi=4; int doam_bomtuoi=0; int doam_tatbomtuoi=0; int button_bomtuoi=14; boolean button_bomtuoiState=HIGH; boolean chedo_hoatdong=0; unsigned long times=millis(); void setup() { Serial.begin(115200); Blynk.begin(auth, ssid, pass, "blynk.cloud", 80); delay(100); pinMode(button_bomtuoi,INPUT_PULLUP); pinMode(relay_bomtuoi,OUTPUT); digitalWrite(relay_bomtuoi,LOW); } void loop() { Blynk.run();//Run the Blynk library timer.run();//Run the Blynk timer if(millis()-times>1000){ //Ghi giá trị độ ẩm đất lên blynk int doam_dat = analogRead(A0); doam_dat = map(doam_dat,0,1023,100,0); Serial.println("Độ ẩm đất: " + String(doam_dat)); Blynk.virtualWrite(V0,doam_dat); //Chế độ tự động bơm tưới if(chedo_hoatdong==0){ if(doam_datdoam_tatbomtuoi){ digitalWrite(relay_bomtuoi,HIGH); Blynk.virtualWrite(V2,digitalRead(relay_bomtuoi)); Serial.println("Độ ẩm bơm tưới: " + String(doam_bomtuoi));//test Serial.println("Tắt bơm tưới!"); } } } times=millis(); } //Điều khiển trực tiếp nút nhấn vật lý if(digitalRead(button_bomtuoi)==LOW){ if(button_bomtuoiState==HIGH){ button_bomtuoiState=LOW; chedo_hoatdong=1; Blynk.virtualWrite(V1,HIGH); digitalWrite(relay_bomtuoi,!digitalRead(relay_bomtuoi)); Blynk.virtualWrite(V2,digitalRead(relay_bomtuoi)); Serial.println("Relay bơm tưới: " + String(digitalRead(relay_bomtuoi))); delay(200); } }else{ button_bomtuoiState=HIGH; } } BLYNK_CONNECTED(){ Blynk.syncVirtual(V1,V2,V6,V7); //Đồng liệu từ server xuống esp kết nối } BLYNK_WRITE(V1){ chedo_hoatdong = param.asInt(); Serial.println("Chế độ hoạt động: " + String(chedo_hoatdong)); } BLYNK_WRITE(V2){ if(chedo_hoatdong==1){ int p = param.asInt(); digitalWrite(relay_bomtuoi,p); Serial.println("Relay bơm tưới: " + String(digitalRead(relay_bomtuoi))); } } BLYNK_WRITE(V6){ doam_bomtuoi = param.asInt(); Serial.println("Độ ẩm bơm tưới: " + String(doam_bomtuoi)); } BLYNK_WRITE(V7){ doam_tatbomtuoi = param.asInt(); Serial.println("Độ ẩm tắt bơm tưới: " + String(doam_tatbomtuoi)); } Test trạng thái hoạt động: Khi bật chế độ Auto để mực nước đạt < mức setting (53%) máy bơm bật chạy bình thường Khi bật chế độ Auto để mực nước đạt > mức setting (39%) cơng tắc máy bơm tự động tắt Khi tắt chế độ Auto ta dù để mực nước đạt > mức setting (39%) công tắc máy bơm bật, ta phải bật tắt thủ công Đánh giá hoạt động hệ thống: Báo cáo đánh giá hoạt động hệ thống tưới phun mưa cho thấy phương pháp sử dụng rộng rãi nông nghiệp, đặc biệt việc tưới trồng cần nhiều nước Hệ thống áp dụng việc tưới bãi cỏ tán cảnh địa điểm công cộng khu nghỉ dưỡng, với mục đích đảm bảo tính mỹ quan Các nông dân Việt Nam sử dụng hệ thống phun mưa để tưới nước cho vườn chè, khu vực trồng hoa vườn rau lớn, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư, sức lao động nguồn nước, đặc biệt mùa khô Hệ thống tưới phun mưa giúp trồng phát triển tốt từ rễ lên đến bề mặt lá, tăng cường hiệu sản xuất nông nghiệp nâng cao chất lượng nông sản Hệ thống phun mưa thiết kế đại sử dụng thành công phịng thí nghiệm mơ hình trồng rau nhà Hệ thống có ưu điểm nhỏ gọn, giá thành rẻ, tiện dụng cho mơ hình trồng rau nhỏ vừa, dễ chỉnh sửa phương thức phát triển thành dự án lớn phát triển nông nghiệp Tuy nhiên, để mở rộng sử dụng hệ thống cho dự án lớn hơn, cần phải cải tiến hệ thống mặt kỹ thuật cảm biến Việc cải tiến giúp tăng cường hiệu hệ thống phun mưa mở rộng thêm ứng dụng lĩnh vực nông nghiệp KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau thời gian nghiên cứu tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau, với giúp đỡ giảng viên bạn bè, nhóm chúng tơi hồn thành đề tài "Xây dựng hệ thống tưới tự động dựa độ ẩm đất theo dõi từ xa thông qua điện thoại di động" Đề tài chúng em có nhiều ưu điểm Mạch thiết kế đơn giản, khơng phức tạp, lại đảm bảo tính xác khả áp dụng cao thực tế Chúng tơi sử dụng module có biến trở để điều chỉnh dễ dàng theo yêu cầu trường hợp cụ thể Điều giúp giảm bớt công sức người việc chăm sóc vườn Bên cạnh đó, thiết bị mà sử dụng để xây dựng mạch dễ mua thị trường, giá thành rẻ dễ lắp ráp người tập làm mạch điện tử Hơn nữa, đề tài chúng tơi mở rộng phát triển dễ dàng Đề tài trình bày nguyên lý hệ thống tưới nước tự động theo dõi từ xa Từ đó, chúng tơi đề xuất phát triển đề tài thành hệ thống vườn thông minh phù hợp với nhu cầu xã hội Với đề tài này, có đủ thời gian nghiên cứu, đề xuất mở rộng việc sử dụng cảm biến độ ẩm cách sử dụng loại cảm biến khác cảm biến nhiệt độ, cảm biến tốc độ động để điều chỉnh lượng nước tưới cách hiệu quả, cảm biến đo độ pH để đo độ pH nước tưới kịp thời xử lý nước bị nhiễm phèn Tóm lại, đề tài đạt nhiều kết tích cực phát triển tiếp để trở thành hệ thống vườn thơng minh tiện ích NHIỆM VỤ CỦA TỪNG THÀNH VIÊN + Hoàng Văn Tường Nguyễn Ngọc Thuận hai bạn có nhiệm vụ tìm thơng tin liên quan đến đề tài, phục vụ cho việc làm thực nghiệm + Lê Hồng Việt,Trần Thu Thảo,Bùi Thị Thiệp có nhiệm vụ tiếp nhận thông tin từ hai bạn tiến hành lắp mạch, code, thiết lập templates devices cho thiết bị kết nối hiển thị app blynk + Trần Thu Thảo Bùi Thị Thiệp viết báo cáo + Lê Hồng Việt có nhiệm vụ xem báo cáo, fix code chưa n ội dung mô tả để hoàn chỉnh cho báo cáo TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo TS Nguyễn Chí Nhân, “Bài giảng: Phát triển ứng dụng Internet vạn vật Internet of Things (IoT)”, Bộ môn Vật lý Điện tử, Khoa Vật lý-Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM (lưu hành nội bộ) https://www.youtube.com/watch?v=TiKZPfPyTbw&t=702s https://arduinokit.vn/cam-bien-do-am-he-thong-tuoi-tu-dong-su-dungarduino/ http://learning.grobotronics.com/2014/09/arduino-lesson-14-dc-motor-l293/ http://www.adafruit.com/ http://arduino.vn/ http://arduino.cc/