(Đồ án HCMUTE) Ứng dụng Iot trong nông nghiệp và truy xuất nguồn gốc cây dâu bằng mã QR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TRUY XUẤT NGUỒN GỐC CÂY DÂU BẰNG MÃ QR GVHD: TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VI PHẠM TRẦN TRUNG TÍN SKL009274 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2022 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TRUY XUẤT NGUỒN GỐC CÂY DÂU BẰNG MÃ QR SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VI MSSV: 18161180 SVTH: PHẠM TRẦN TRUNG TÍN MSSV: 18161166 KHĨA: 2018 NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TRUY XUẤT NGUỒN GỐC CÂY DÂU BẰNG MÃ QR SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VI MSSV: 18161180 SVTH: PHẠM TRẦN TRUNG TÍN MSSV: 18161166 KHĨA: 2018 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Thúy Vi MSSV: 18161180 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử Viễn thông Lớp: 18161CLVT2B Họ tên sinh viên: Phạm Trần Trung Tín MSSV: 18161166 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử Viễn thông Lớp: 18161CLVT1B Giảng viên hướng dẫn: PGS Trương Ngọc Sơn ĐT: Ngày nhận đề tài: 30-03-2022 Ngày nộp đề tài: 30-06-2022 Tên đề tài: Ứng dụng IOT nông nghiệp truy xuất nguồn gốc dâu mã QR Các số liệu, tài liệu ban đầu:  Tài liệu ngơn ngữ lập trình sử dụng đề tài  Tài liệu module linh kiện điện tử Nội dung thực đề tài:  Phân tích yêu cầu, mục tiêu hệ thống  Thiết kế mơ hình tổng thể chi tiết  Thiết kế phần mềm giao diện  Thi công mơ hình thử nghiệm Sản phẩm:  Mơ hình phần cứng hệ thống báo cáo nội dung đề tài TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM i i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thị Thúy Vi MSSV: 18161180 Họ tên sinh viên 2: Phạm Trần Trung Tín MSSV: 18161166 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn thông Lớp: 18161CLC Tên đề tài: Ứng dụng IOT nông nghiệp truy xuất nguồn gốc dâu mã QR Họ tên Giáo viên hướng dẫn: PGS Trương Ngọc Sơn NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng công việc 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 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Thị Thúy Vi MSSV: 18161180 Họ tên sinh viên 2: Phạm Trần Trung Tín MSSV: 18161166 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điện tử Viễn thông Lớp: 18161CLC Tên đề tài: Ứng dụng IOT nông nghiệp truy xuất nguồn gốc dâu mã QR Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng công việc 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 2022 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành thật tốt đề tài luận văn tốt nghiệp, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể q Thầy/Cơ khoa Điện – Điện tử khoa Đào tạo Chất lượng cao trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh dành hết tâm huyết bảo, dạy dỗ truyền đạt kiến thức tảng kiến thức nâng cao làm sở giúp nhóm thực hồn thành đề tài Đặc biệt, nhóm chân thành cảm ơn sâu sắc Thầy Trương Ngọc Sơn dẫn dắt, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp Trong q trình làm việc với Thầy, nhóm khơng tiếp thu nhiều kiến thức quý báu mà học tập kinh nghiệm phong cách làm việc nghiêm túc, chuyên nghiệp đầy hiệu từ Thầy Nhóm xin phép gửi đến Thầy lịng biết ơn sâu sắc chân thành nhất, kiến thức, kinh nghiệm tâm nghề nghiệp thầy khơng giúp đỡ mà cịn nguồn động lực to lớn để nhóm hồn thành đề tài cách tốt Bên cạnh đó, nhóm xin cảm ơn bạn sinh viên tập thể lớp 18161CLC giúp đỡ nhiệt tình, thiết thực, cung cấp nhiều tài liệu liên quan, động viên trình thực đề tài Trong trình nghiên cứu, nhóm cố gắng hoàn thành nhiệm vụ mà đề tài đặt Song trình độ kiến thức thân cịn hạn chế nên việc tìm hiểu thi cơng đề tài khơng tránh khỏi sai sót Mong Thầy/Cơ bạn góp ý, dẫn để đề tài hồn thiện ứng dụng thực tế Nhóm thực xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực Nguyễn Thị Thúy Vi –Phạm Trần Trung Tín iv i TĨM TẮT Trong đề tài “ Ứng dụng IOT nông nghiệp truy xuất nguồn gốc dâu mã QR”, nhóm đề xuất xây dựng mơ hình hệ thống sử dụng chuẩn truyền thông Wifi Lora nhằm mục đích phục vụ cho ứng dụng IoTs nông nghiệp Hệ thống thu thập liệu bao gồm: độ ẩm đất, độ ẩm khơng khí, nhiệt độ môi trường, cường độ sáng, trạng thái mưa Các liệu hiển thị để giám sát Đồng thời, người dùng thơng qua app để điều khiển thiết bị phần cứng từ xa Ngoài ra, hệ thống tích hợp mã QR để người dùng thực việc truy xuất nguồn gốc trình phát triển trồng q trình bảo quản, vận chuyển sản phẩm Nhóm sử dụng vi điều khiển NodeMCU ESP8266 làm khối xử lý trung tâm hệ thống để giao tiếp với module cảm biến thu thập liệu DHT11, cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến mưa Các thiết bị chấp hành máy phun sương, đèn, quạt, mái che… sử dụng để thực thiện chức điều khiển hệ thống Cuối cùng, nhóm xây dựng thành cơng, thực mô đánh giá hiệu hệ thống Từ đó, nhóm đề xuất bước cải tiến cho đề tài tương lai v i 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 MỤC LỤC vi MỤC LỤC HÌNH ẢNH ix MỤC LỤC BẢNG xi CÁC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Tình hình phát triển chung 1.1.2 Ứng dụng IOT 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6 Bố cục báo cáo CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khảo sát dâu tây 2.1.1 Đặc tính câu dâu tây 2.1.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến dâu .10 2.2 Sơ lược chuẩn truyền thông Lora 11 vi i 2.2.1 Giới thiệu 11 2.2.2 Ưu diểm nhược điểm Lora 12 2.2.3 Dải tần hoạt động Lora 13 2.2.4 Nguyên lí hoạt động 13 2.2.5 Vai trò LoRa IOT 13 2.3 Giới thiệu mã QR 14 2.3.1 Khái niệm 14 2.3.2 Ứng dụng .15 2.3.3 Cách tạo mã QR 15 2.3.4 Cách đọc mã QR 15 2.4 Giới thiệu Arduino Nano 15 2.5 Giới thiệu module ESP8266 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VƯỜN IOT .20 3.1 Thiết kế phần cứng 20 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 20 3.1.2 Đặc tả hệ thống 20 3.1.3 Sơ đồ khối hệ thống 21 3.1.4 Thi công phần cứng 23 3.1.4.1 Khối cảm biến 23 3.1.4.2 Khối điều khiển thiết bị 26 3.1.4.3 Khối truyền thông Lora 30 3.1.4.4 Khối hiển thị 31 3.1.4.5 Khối xử lý node 33 3.1.4.6 Khối xử lý trung tâm 34 vii i 3.2 Sơ đồ nguyên lí tồn hệ thống Hình 3.20: Sơ đồ ngun lí toàn hệ thống 37 i 3.3 Thiết kế phần mềm 3.3.1 Hoạt động khối xử lý trung tâm Khối trung tâm nhận thông tin từ khối xử lý node, sau thực tách chuỗi đưa liệu tách lên firebase hiển thị lên LCD Ngồi ra, cịn nhận thơng tin từ firebase đưa đến khối xử lý node để thực chuyển đổi trạng thái thiết bị Hình 3.21: Lưu đồ giải thuật khối xử lý trung tâm 38 i 3.3.2 Xây dựng hệ thống sở liệu Firebase realtime database tảng web ứng dụng di động So với sở liệu khác Firebase có bật ứng dụng triển khai, bảo mật tốt, linh hoạt, khả mở rộng cao giá thành hợp lí Ưu điểm Firebase có nhiều, trội tốc độ phản hồi nhanh theo thời gian thực, nên nhóm chọn Firebase để tương tác điều khiển phần cứng, ngồi cịn lưu trữ liệu mà khối trung tâm gửi lên 3.3.3 Xây dựng khối xử lý node Khối xử lý node đọc thông sốn môi trường thông qua cảm biến Những liệu đọc gửi Arduino để xử lý, Arduino bắt đầu xử lý tiến hành so sánh liệu nhận so với ngưỡng mà người lặp trình đặt đưa yêu cầu để thiết bị điều khiển bắt đầu hoạt động LCD hiển thông số đọc trạng thái bật/tắt thiết bị Tiếp theo, liệu truyền trung tâm thông qua module Lora Tại node, việc chuyển đổi trạng thái thiết bị thực hai phương pháp: thủ công tự động Bên cạnh đó, khối xử lý node nhận tín hiệu từ trung tâm đưa đến thông qua Lora để bắt đầu kiểm tra chuyển đổi trạng thái thiết bị tương ứng 39 i Hình 3.22: Lưu đồ điều khiển thiết bị node 3.3.4 Xây dựng khối truyền thông Lora Khối truyền thông Lora đảm nhận nhận nhiệm vụ nhận gửi liệu khối xử lý node khối trung tâm Tại vườn, Lora nhận liệu từ arduino gửi liệu đến trung tâm thông qua Lora trung tâm nhận thông tin từ Lora trung tâm gửi đến 40 i Hình 3.23: Lưu đồ giải thuật hoạt động Lora vườn Tương tự, trung tâm Lora đảm nhận việc gửi các tín hiệu từ trung tâm đến khối xử lý node nhận thông tin vườn gửi thông qua Lora vườn Hình 3.24: Lưu đồ giải thuật hoạt động Lora trung tâm 41 i 3.3.5 Xây dựng phần mềm ứng dụng Khi truy cập, phần mềm ứng dụng kết nối đến Firebabse, lấy liệu môi trường đo từ cảm biến trạng thái hoạt động thiết bị thời điểm để hiển thị lên giao diện phầm mềm Nếu chế độ tự động giao diện cập nhật trạng thái thông số lấy từ Firebase Khi nhấn công tắc (ON/OFF) để chuyển đổi trạng thái thiết bị liệu gửi lên Firebase để điều khiển phần cứng tương ứng Người quản lí chọn chế độ thủ công hay tự động cách nhấn nút “auto” Ngoài ra, phần mềm ứng dụng tích hợp thêm mã QR tương ứng thơng tin trồng, sau quét mã người sử dụng truy xuất thơng tin nguồn gốc trồng Hình 3.25: Lưu đồ giải thuật hoạt động phần mềm ứng dụng 42 i CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 4.1 Kết thi công phần cứng Sau cấp nguồn cho toàn hệ thống, cảm biến ( ánh sáng, mưa, nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm khơng khí…) bắt đầu lấy liệu gửi node để hiển thị thơng số, sau liệu node chuyển tiếp đến trung tâm để xử lý liệu Khi phát liệu môi trường thay đổi gây ảnh hưởng đến trồng, người quản lí bật/tắt thiết bị đèn, quạt, bơm… để thông số thay đổi phù hợp với trồng, tránh tác nhân gây hại đến trình phát triển suất sản lượng trồng Hình 4.1: Kết mơ hình hệ thống Khi phát trời mưa hay trời nắng gắt, người quản lí đóng mở mái che để giảm tối đa gây hại trực tiếp đến trồng Mái che đóng mở thủ cơng nút nhấn vườn đóng mở tự động phát trời mưa cường độ sáng ngưỡng cho phép người quản lí cài đặt chế độ tự động 43 i Hình 4.2: Kết mơ hình đóng mái che Ngồi ra, để trồng sinh trưởng tốt môi trường thuận lợi, người quản lí thay đổi thơng số cường độ sáng, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất nhiệt độ môi trường cách điều khiển máy phun sương, bóng đèn, quạt Những thiết bị sử dụng hai chế độ thủ công tự động tùy vào cài đặt người quản lí Hình 4.3: Hệ thống bật đèn chiếu sáng đề thay đổi nhiệt độ 44 i 4.2 Kết thi công phần mềm Ở phần đầu giao diện phần mềm ứng dụng hiển thị đầy đủ thông số (cường độ sáng, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất nhiệt độ) Các thông số hệ thống liên tuc cập nhật Hình 4.4 phần đầu giao diện phần mềm ứng dụng Hình 4.4: Giao diện thơng số môi trường Phần giao diện dùng để điều khiển thiết bị, người dùng chuyển đổi trạng thái bật/tắt máy phun sương, đèn, quạt, mái che cài đặt cho hệ thống trạng thái thủ cơng hay tự động Hình 4.5: Giao diện điều khiển Phần cuối phần truy xuất nguồn gốc trồng, phần hiển thị mã mã QR Khi thực thao tác quát mã QR, người dùng đưa đến giao diện trang web khác, thông tin đầy đủ trồng lưu trữ 45 i Hình 4.6: Giao diện quét mã QR Sau quét mã QR, người quản lý truy cập đến trang web, trang web cung cấp đầy đủ thông tin trồng, thông tin đóng gói thơng tin chăm sóc Hình 4.7: Giao diện Web chứa thông tin trồng 46 i CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau trình nghiên cứu thực đề tài, nhóm thành cơng xây dựng mơ hình “Ứng dụng IOT nơng nghiệp truy xuất nguồn gốc dâu mã QR” đáp ứng hầu hết tất chức đặt Mô hình họat động tốt phạm vi 100m2 mơi trường truyền tốt, khơng có nhiều vật cản Khoảng cách 100m2 khối trung tâm không nhận liệu tốt, xử lý liệu điều khiển thiết bị Nếu mơi trường có nhiều vật cản, mơ hình hoạt động tốt khoảng 60m2 Xây dựng thành cơng mơ hình trồng dâu tây ứng dụng IoTs, đọc thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng độ sáng… môi trường nhận biết thời tiết có mưa hay khơng Có thể thay đổi thông số độ ẩm nhiệt độ cho thích hợp với đặc tính dâu nhằm hạn chế hư hại hai cách:  Bật/tắt động bơm phun sương phục vụ cho việc tưới làm giảm nhiệt độ môi trường tăng độ ẩm đất  Bật/tắt quạt, đèn để tăng/giảm nhiệt độ môi trường Hệ thống đóng mở mái che tự động phát trời nắng gắt có mưa xảy để tránh gây dập, hư hỏng lá, Phần cứng hệ thống điều khiển hai chế độ:  Tự động: hệ thống so với ngưỡng thiết lập trước để tự điều khiển thiết bị  Thủ công: thiết bị chuyển đổi trạng thái nút nhấn vườn thông qua giao diện điều khiển phần mềm ứng dụng Thiết kế phần mềm ứng dụng theo dõi liệu môi trường, trạng thái thiết bị phần cứng Truy xuất, quản lý thông tin trồng mã QR 47 i 5.1.1 Ưu điểm: Mơ hình đáp ứng đầy đủ u cầu, chức đặt ra, hoạt động ổn định với điều kiện đường truyền cảu mạng Wifi tốt Giao diện phần mềm ứng dụng đơn giản, dễ sử dụng, hiển thị đầy đủ thông tin cần thiết trạng thái thiết bị, thông số môi trường, mã QR Những thiết bị điều khiển khoảng cách xa thông qua phần mềm úng dụng Dễ dàng quản lý truy xuất thông tin liên quan trồng 5.1.2 Nhược điểm: Thiếu chế xác thực thông tin trồng cập nhật lên web Những cảm biến sử dụng thu thập liệu phạm vi nhỏ, hẹp, thích hợp để thử nghiệm mơ hình Khơng thể giám sát tổng thể vườn thực tế Khơng có chức cảnh báo hệ thống có cố Bộ trung tâm khơng thể hoạt động khơng có internet Chưa thể điều khiển hệ thống phần cứng để thay đổi giá trị mơi trường mức xác Điều khiển phần cứng từ xa hoàn toàn phụ thuộc vào chất lượng đường truyền mạng truyền thông 5.2 Hướng phát triển Nhận thấy rằng, cảm biến sử dụng mơ hình thích hợp thu thập liệu phạm vi nhỏ hẹp, cần phải xây dựng thêm nhiều node để mạng lưới cảm biến khơng dây hình thành Thiết kế thêm nguồn cung cấp dự phịng, tránh trương hợp khơng có điện hệ thống ngưng hoạt động Có thể sử dụng lượng gió, lượng mặt trời,… để thay 48 i Xây dựng thêm hệ thống cảnh báo có cố xảy q trình vận hành cháy nổ, thiết bị hoạt động không mong muốn Mặc dù hệ thống có chức truy xuất nguồn gốc trồng chưa có chế để xác thực thơng tin người quản lí nhập vào cho mục đích truy xuất Vấn đề khắc phục cách áp dụng cơng nghệ blockchain nhằm tăng tính xác thực cho hệ thống 49 i TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “ Xuất gạo Việt Nam giai đoạn 1989 - 2017”, Hiệp hội lương thực Việt Nam (VFA), 08-09-2018 [2] N X Cường, “ Phát triển nông nghiệp đại, bền vững, gắn với xây dựng nông thôn mới”, báo Nhân Dân, xuất 6-12-2018 [3] “Xuất nông sản: Vượt qua thử thách, giữ đà tăng trưởng”, Tổng cục thống kê, 08-09-2021 [4] M Thủy, “ Xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống truy xuất nguồn gốc”, báo Nhân Dân, xuất 20-03-2021 [5] N Q Thạnh & P T Triều, “ Thi cơng mơ hình hệ thống trơng hoa lan”, Trường ĐH SPKT TP Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh, 2019 [6] V N D Tín & N H Q Hưng, "Thiết kế thi công mơ hình giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm", Trường ĐH SPKT TP Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh, 2019 [7] FuBing,"Research on the Agriculture Intelligent System", Yangtze University, Jingzhou Hubei, 2012 [8] C T Làn, “Ảnh hưởng giá thể dinh dưỡng đến sinh trưởng, phát triển, suất chất lượng dâu tây ( Fragaria x annassa) trồng điều kiện nhà màng Đà Lạt ” , LVTS - Viện khoa học nông nghiệp Việt Nam, 2020 50 i S i K L 0