(Luận văn) nghiên cứu iot trong nông nghiệp công nghệ cao

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN HẢI a lu n n va NGHIÊN CỨU IOT TRONG NÔNG NGHIỆP p ie gh tn to CÔNG NGHỆ CAO d oa nl w a nv a lu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ll u nf m tz n oi z m co l gm @ an n va http://lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN Lu THÁI NGUYÊN - 2020 si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN HẢI NGHIÊN CỨU IOT TRONG NÔNG NGHIỆP a lu CÔNG NGHỆ CAO n n va tn to Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử p ie gh Mã số: 60.52.02.03 oa nl w HỌC VIÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC d a nv a lu u nf PGS.TS ĐÀO HUY DU ll NGUYỄN VĂN HẢI m n oi KHOA CHUYÊN MÔN tz TRƯỞNG KHOA z m co l gm @ n va http://lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN an Lu THÁI NGUYÊN - 2020 si LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Văn Hải Sinh ngày: 10/10/1981 Học viên lớp cao học CHK20KTĐT - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Cao Đẳng Kỹ Kỹ Thuật Công Nghiệp Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu IOT nông nghiệp công nghệ cao” Thầy giáo PGS.TS Đào Huy Du hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng a lu Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung n đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách n va nhiệm trước hội đồng khoa học trước pháp luật tn to Thái Nguyên, ngày 28 tháng năm 2020 p ie gh Tác giả luận văn oa nl w Nguyễn Văn Hải d a nv a lu ll u nf m tz n oi z m co l gm @ an Lu n va http://lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN si LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc, động viên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Đào Huy Du, luận văn với đề tài “Nghiên cứu IOT nông nghiệp cơng nghệ cao” hồn thành Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Đào Huy Du tận tình dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp đặc biệt Thầy, cô Khoa Điện tử giúp đỡ trình học tập thực luận văn a lu Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình động viên, n khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập, thực hồn n va thành luận văn này./ tn to Thái Nguyên, ngày 28 tháng năm 2020 p ie gh Tác giả luận văn oa nl w Nguyễn Văn Hải d a nv a lu ll u nf m tz n oi z m co l gm @ an Lu n va http://lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN si MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tình hình nước 1.2 Tính cấp thiết luận văn a lu 1.3 Phạm vi nghiên cứu luận văn n 1.4 Mục tiêu luận văn n va CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS 2.1.1 Giới thiệu mô hình Internet of Things (IoT) p ie gh tn to 2.1 Tổng quan Internet of Things 2.1.1.1.IoT oa nl w 2.1.1.2.Xu hướng tính chất IoT 2.1.1.2.1.Sự thông minh 2.1.1.2.2.Kiến trúc dựa kiện 10 d a lu 2.1.1.2.3.Là hệ thống phức tạp 10 a nv 2.1.1.2.4.Kích thước 10 u nf 2.1.1.2.5.Vấn đề không gian, thời gian 10 ll 2.1.1.2.6.Luồng lượng 10 m n oi 2.1.1.3 Những thách thức ảnh hưởng đến phát triển mơ hình IoT 11 tz 2.1.1.3.1.Chưa có chuẩn hóa 11 2.1.1.3.2.Hàng rào subnetwork 11 z @ 2.1.1.3.3.Chi phí phát triển mạng 12 gm 2.1.2 Các công nghệ thành phần 12 l 2.1.2.1 Hệ thống nhúng (Embedded Sstems) 13 m co 2.1.2.1.1.Định nghĩa 13 Lu 2.1.2.1.2.Đặc điểm 13 an 2.1.2.1.3.Kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng 14 n va http://lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN si 2.1.2.2.Mạng cảm biến không dây mạng cảm biến rộng khắp (Wireless Sensor and Ubiquitous Sensor Networks ) 14 2.1.2.3 Máy tính di động(Mobile Computing) 15 2.1.2.4.Mạng máy tính (Computer Networking) 17 2.1.3.Cấu trúc mạng mở rộng 18 2.1.4.Các mơ hình ứng dụng IoT 19 2.1.4.1.Lưới điện thông minh 20 2.1.4.2.Nhà thông minh 20 2.1.4.3.Tự động hóa tòa nhà 21 2.1.4.4.Mạng thành phố đô thị thông minh 22 a lu 2.1.4.5.Hệ thống giao thông thông minh 22 n 2.1.5.Phần cứng phần mềm node mạng mơ hình ứng dụng va n IoT 23 2.1.5.2.Phần mềm 23 p ie gh tn to 2.1.5.1.Phần cứng 23 2.2.Kiến trúc tham chiếu IoT 24 2.2.1.Tổng quan 24 oa nl w 2.2.2.Phân loại thiết bị IoT phương thức kết nối Internet 25 2.2.3.Các yêu cầu kiến trúc tham chiếu cho IoT 26 d a lu 2.2.4.Mơ hình tham chiếu IoT 27 a nv 2.2.4.1.Lớp thiết bị (Devices) 28 u nf 2.2.4.2.Lớp truyền thông (Communications) 28 ll 2.2.4.3 Lớp hợp nhất/Bus (Aggregation/ Bus) 29 m n oi 2.2.4.4 Lớp xử lý kiện phân tích (Event Processing and tz Analytics) 29 2.2.4.5 Lớp truyền thơng ngồi (External Communication) 30 z @ 2.2.4.6 Lớp quản lý thiết bị (Device Management) 30 gm 2.2.4.7 Lớp quản lý định danh truy nhập (Identity and Access l Management) 30 m co 2.3.Giới thiệu điện toán đám mây 30 Lu 2.3.1.Giới thiệu chung 30 an 2.3.2.Các đặc điểm 33 n va http://lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 2.3.2.1.Tự sửa chữa 33 2.3.2.2.Nhiều người sử dụng 33 2.3.2.3.Khả mở rộng tuyến tính 33 2.3.2.4.Hưởng dịch vụ 33 2.3.2.5.Điều khiển SLA (Service level agreement) 33 2.3.2.6 Khả ảo hóa 34 2.3.2.7 Linh hoạt 34 2.4 Các công nghệ truyền thông IoT 34 2.4.1 Radio Frequency Identification (RFID) 34 2.4.2 Bluetooth 35 a lu 2.4.3 Zigbee 37 n 2.4.4 Wifi 41 va n 2.4.5.RF Links 43 Internet) 43 p ie gh tn to 2.4.6 Mạng di động: Internet di động (Cellular Networks: The Mobile 2.4.7 Truyền thơng có dây (Wired Communication) 44 2.4.8 Lựa chọn công nghệ truyền thông cho IoT 45 oa nl w CHƯƠNG CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TƯỚI TRONG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH 47 d a lu 3.1.Cơ sở lý thuyết áp dụng tính tốn chế độ tưới 47 a nv 3.1.1.Phương trình cân nước tưới 47 u nf CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG TƯỚI CHÈ TỰ ĐỘNG 53 ll 4.1.Kỹ thuật tưới phun mưa 53 m n oi 4.2 Lựa chọn loại vòi phun 53 tz 4.2.1 Phân loại vòi phun 53 4.2.2.Lựa chọn vòi phun 54 z 4.3 Xác định cường độ phun mưa 54 @ gm 4.3.1 Xác định theo lý thuyết 54 l 4.3.2 Xác định theo số liệu thực đo trường 55 m co 4.3.3.Độ đồng tưới phun mưa 56 Lu 4.4.Kỹ thuật bố trí vịi phun 56 an 4.4.1 Sơ đồ bố trí vịi phun 56 http://lrc.tnu.edu.vn ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 4.4.2 Tính tốn số vịi phun thời gian tưới lần 57 4.4.3 Khoảng cách vòi phun 58 4.4.4 Bố trí đường ống 58 4.4.5.Tính tốn thủy lực đường ống 59 4.5 Xác định lưu lượng cột nước thiết kế cho máy bơm, động 61 4.5.1 Lưu lượng thiết kế 61 4.5.2 Cột nước thiết kế 61 4.6 Thiết kế mơ hình tưới chè áp dụng công nghệ tưới phun mưa tự động 63 4.6.1 Vùng nghiên cứu: 63 4.6.2 Xác định công suất động 63 a lu 4.6.3 Thiết kế hệ thống lưu trữ nước tưới 65 n 4.7.Lựa chọn thiết bị hệ thống điều khiển giám sát hệ thống tưới chè tự động va n 66 4.7.2.Phương thức truyền thông 68 p ie gh tn to 4.7.1 Hệ thống cảm biến độ ẩm đất 66 4.7.3.Thiết kế điều khiển tưới nước tự động cho chè 69 4.7.3.1 Mô hình tổng thể hệ thống tưới tự động 69 oa nl w 4.7.3.2 Sơ đồ mạch nguyên lý thiết bị hệ thống 71 4.7.4.Thiết kế phần mềm điều khiển hệ thống tưới tự động dựa độ ẩm d a lu nhiệt độ 77 a nv 4.7.4.1.Chương trình điều khiển hệ thống 77 u nf 4.7.4.2.Chương trình điều khiển thiết bị 79 ll 4.7.4.3 Chương trình điều khiển kiểm tra trạng thái thiết bị 79 m n oi 4.7.4.4 Chương trình điều khiển thiết bị qua tin nhắn 82 tz 4.7.4.5 Chương trình Gửi/Nhận liệu giải mã địa 82 4.7.5.Hệ thống điều khiển tưới chè dựa vào độ ẩm nhiệt độ 85 z 4.8 Kết luận chương 85 @ gm KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 87 l Kết nghiên cứu đạt 87 m co Hướng phát triển luận văn 87 an Lu http://lrc.tnu.edu.vn ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mơ hình IoT nơng nghiệp cơng nghệ cao Hình 2.2 Mơ hình cơng nghệ thành phần IoT 12 Hình 2.3 Mơ hình hệ thống nhúng giám sát điều khiển từ xa 13 Hình 2.4 Mơ hình mạng cảm biến chuyển tiếp thông tin đến trạm gốc 14 Hình 2.5 Mơ hình Mobile Computing 16 Hình 2.6 Mơ hình Computing Netwworking 17 Hình 2.7 Mơ hình mạng mở rộng .18 Hình 2.8 Mơ hình TCP/IP 19 a lu Hình 2.9 Kiến trúc phần cứng hai đối tượng thông minh trang bị loại n thiết bị truyền thông khác 23 n va Hình 2.10 Cấu phần IoT 24 tn to Hình 2.11 Hai mơ hình kết nối thiết bị IoT .26 p ie gh Hình 2.12 Mơ hình tham chiếu IoT 27 Hình 2.13 Mơ hình điện tốn đám mây .32 oa nl w Hình 2.14 Cơ chế hoạt động thẻ RFID 34 Hình 2.15 Một loại thẻ chip RFID phổ biến 35 d Hình 2.16 Hình ảnh module Bluetooth HC05 36 a lu Hình 2.17 Mơ hình mạng Zigbee .39 a nv Hình 2.18 Cấu trúc Zigbee 40 u nf Hình 2.19 Mơ hình thu phát song Wifi 42 ll Hình 2.20 Module GPRS 44 m n oi Hình Các sơ đồ bố trí vịi phun mưa 57 tz Hình Cắt dọc đường ống tưới phun mưa cho chè 59 Hình Cảm biến độ ẩm đất (Moisture Sensor) 66 z @ Hình 4.4 Module Sim 900A .68 gm Hình 4.5 Sơ đồ khối hệ thống tưới nước tự động 70 co l Hình 4.6 Sơ đồ mạch tổng thể hệ thống 71 m Hình 4.7 Hệ thống Simatic S7 1200 71 Lu Hình 4.8.CPU SIMATIC S7-1200 72 an Hình 4.9 CPU Module mở rộng Modules mở rộng tín hiệu vào/ra: .74 http://lrc.tnu.edu.vn ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 4.10 Sơ đồ giải thuật chương trình 78 Hình 4.11 Sơ đồ giải thuật chương trình điều khiển thiết bị chấp hành 79 Hình 4.12 Sơ đồ giải thuật chương trình điều khiển Bật thiết bị chấp hành 80 Hình 4.13 Sơ đồ giải thuật chương trình điều khiển Tắt thiết bị chấp hành 80 Hình 4.14 Sơ đồ giải thuật chương trình kiểm tra trạng thái thiết bị 81 Hình 4.15 Giải thuật gửi nhận tin nhắn 82 Hình 4.16 Giải thuật chương trình Nhận liệu 83 Hình 4.17 Giải thuật chương trình Gửi liệu 83 Hình 4.18 Giải thuật chương trình giải mã địa 84 a lu n n va p ie gh tn to d oa nl w a nv a lu ll u nf m tz n oi z m co l gm @ an Lu http://lrc.tnu.edu.vn ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 4.9 CPU Module mở rộng Modules mở rộng tín hiệu vào/ra: a lu Các module mở rộng tín hiệu vào/ra gắn trực tiếp vào phía bên phải n CPU Với dải rộng loại module tín hiệu vào/ra số analog, giúp linh hoạt n va sử dụng S7-1200 Tính đa dạng module tín hiệu vào/ra tiếp tục phát tn to triển p ie gh Module truyền thông: Bên cạnh tuyền thơng ethernet tích hợp sẵn, CPU s7-1200 mở rộng oa nl w moulde truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối linh hoạt Tại thời điểm giới thiệu S7-200 thị trường, có module RS232 va RS485, hỗ trợ d protocol truyền thông modbus, USS a nv a lu Thông số kỹ thuật: u nf Module CPU: Các module CPU khác có hình dạng, chức năng, tốc độ xử ll lý lệnh, nhớ chương trình khác nhau… S7-1200 có dịng CPU 1211C, CPU tz n oi Module mở rộng PLC S7-1200 m 1212C, 1214C 1215C Khả mở rộng loại CPU tùy thuộc vào đặc tính, thơng số z S7-1200 có loại module mở rộng sau: l gm @ quy định nhà sản xuất co - Communication module (CP) m - Signal board (SB) Lu - Signal Module (SM) an ac th 74 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Giới thiệu module cảm biến độ ẩm đất Cảm biến độ ẩm đất a lu Bộ sản phẩm gồm cảm biến độ ẩm đất module chuyển đổi với ngõ n n va Analog - Digital Cảm biến độ ẩm đất hoạt động với chế độ ngõ (Analog tn to & Digital), trạng thái đầu mức thấp (0V), đất thiếu nước đầu mức cao (5V) p ie gh Cảm biến độ ẩm đất: Hai đầu đo cảm biến cắm vào đất để phát độ ẩm Dùng dây nối oa nl w cảm biến module chuyển đổi Thông tin độ ẩm đất đọc gởi tới module chuyển đổi d a nv a lu Module chuyển đổi: ll u nf m tz n oi z gm @ co l Module chuyển đổi có cấu tạo gồm IC so sánh LM393, biến trở m , điện trở dán 100 ohm tụ dán Biến trở có chức định ngưỡng so sánh với an Lu tín hiệu độ ẩm đất đọc từ cảm biến Ngưỡng so sánh tín hiệu cảm biến ac th 75 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an đầu vào IC so sánh LM393 Khi độ ẩm thấp ngưỡng định trước, ngõ IC mức cao (1), ngược lại mức thấp (0) Đặc điểm  Điện áp hoạt động: 3.3V-5V  Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm  Led báo hiệu  Led đỏ báo nguồn  Led xanh báo mức độ ẩm pin DO  Mô tả pin module Mô tả VCC 3.3V-5V GND GND DO Đầu tín hiệu số (0 1) a lu Pin n n va p ie gh tn to AO Đầu Analog (tín hiệu tương tự) oa nl w Ứng dụng: Cảm biến độ ẩm đất sử dụng cho ứng dụng nông nghiêp, tưới d a lu nước tự động cho vườn đất khô, dùng ứng dụng hệ ll u nf Sử dụng a nv thống nhà thông minh m Đọc giá trị analog từ pin AO module hiển thị liệu độ ẩm lên Serial n oi Monitor tz Kết nối z ESP8266 Module chuyển đổi AO an Lu ADC m GND co GND l Vcc gm @ 5V ac th 76 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Giới thiệu mặt tủ điều khiển Trên bảng điều khiển bao gồng có đén báo, nút bấm switch - Đèn báo bao gồm: + đèn báo nguồn + đèn báo start quạt, bơm, đèn + đèn báo stop quạt, bơm, đèn + đèn báo tự động, tay, báo dừng - Nút bấm bao gồm: + start quạt, bơm, đèn + stop quạt, bơm, đèn Switch chế độ: tay, tự động, dừng hệ thống - Tủ điều khiển bao gồm thiết bị: PLC, relay đóng cắt, module đọc độ ẩm đất, nguồn chuyển đổi a lu n n va p ie gh tn to Nguyên lý làm việc Hệ thống hoạt động chế độ: tự động, tay dừng - Khi chế độ tay( switch bảng điều khiển vị trí tay) người dùng bật tắt thiết bị: đèn, quạt, bơm theo ý muốn người sử dụng cách sử dụng nút bấm start( màu xanh) bảng điều khiển muốn dừng thiết bị người dùng nhấn nút stop (màu đỏ) bảng điều khiển - Khi chuyển sang chế độ tự động( switch bảng điều khiển vị trí tự động): oa nl w lúc hệ thống plc thu thập tín hiệu độ ẩm từ cảm biến sau so sánh với độ d ẩm cài đặt sẵn để điều khiển tự động thiết bị a lu a nv + Nếu độ ẩm đọc thấp độ ẩm đặt bật bơm nước cấp nước cho đất + Nếu độ ẩm đọc cáo độ ẩm đặt tắt bơm nước đồng thời bật u nf quạt hút ẩm ngồi để ln trì độ ẩm mức cho phép ll Khi muốn dừng hệ thống người dùng vặn switch bảng điều khiển vị trí dừng m - tz n oi z 4.7.4.Thiết kế phần mềm điều khiển hệ thống tưới tự động dựa độ ẩm @ 4.7.4.1.Chương trình điều khiển hệ thống m co l gm nhiệt độ an Lu ac th 77 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an a lu n n va p ie gh tn to d oa nl w a nv a lu Hình 4.10 Sơ đồ giải thuật chương trình u nf ll Đầu tiên, vừa khởi động reset hệ thống, điều khiển tiến hành khởi m tạo liệu thiết lập sẵn nhớ Sau điều khiển thực chờ n oi tz nhận liệu trả từ cảm biến tin nhắn module SIM900 gửi Nếu thông số trạng thái (độ ẩm, nhiệt độ, ) vùng tưới khác so với thông số z thiết lập chuẩn, điều khiển thực gửi lệnh điều khiển đến thiết bị @ gm chấp hành để thực cấp nước cho vùng tưới Đồng thời, sau nhận tin nhắn từ co l Module Sim, điều khiển tiến hành xử lý nội dung tin nhắn để điều khiển thiết bị, gửi liệu đến database Cuối điều khiển tiến hành điều khiển module m Lu gửi tin nhắn trả lời báo kết điều khiển kết thúc trình điều khiển Sau an thực xong trình, điều khiển quay lại ban đầu tiếp chu kỳ ac th 78 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 4.7.4.2.Chương trình điều khiển thiết bị a lu n va n Hình 4.11 Sơ đồ giải thuật chương trình điều khiển thiết bị chấp hành tn to Để điều khiển thiết bị, trước tiên phải kiểm tra lệnh điều khiển Lệnh điều khiển p ie gh có loại, lệnh điều khiển chung tất thiết bị, gặp lệnh thực tắt mở toàn thiết bị lệnh điều khiển điều khiển thực cho thiết oa nl w bị, gặp lệnh thực điều khiển cho thiết bị xác định Sau thực xong lệnh điều khiển, vi điều khiển tiến hành kiểm tra trạng thái thiết d bị để báo kết điều khiển a lu a nv 4.7.4.3 Chương trình điều khiển kiểm tra trạng thái thiết bị u nf Chương trình kiểm tra trạng thái thiết bị mở hay tắt để báo cho điều khiển ll biết đồng thời cho phép bật tắt thiết bị theo yêu cầu m tz yêu cầu n oi Chương trình Hình 4.19 Hình 4.20 thực mở tắt thiết bị z m co l gm @ an Lu ac th 79 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tb:on Mở chân điều khiển thiết bị S Thiết bị mở ? Tắt chân điều khiển thiết bị Đ END a lu n n va Hình 4.12 Sơ đồ giải thuật chương trình điều khiển Bật thiết bị chấp hành p ie gh tn to Tb:off d oa nl w Tắt chân điều khiển thiết bị a lu S Mở chân điều khiển thiết bị a nv Thiết bị tắt ? u nf ll Đ m tz n oi END Hình 4.13 Sơ đồ giải thuật chương trình điều khiển Tắt thiết bị chấp hành z m co l gm @ an Lu ac th 80 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 4.14 Sơ đồ giải thuật chương trình kiểm tra trạng thái thiết bị a lu n n va p ie gh tn to d oa nl w a nv a lu ll u nf m tz n oi z m co l gm @ an Lu ac th 81 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 4.7.4.4 Chương trình điều khiển thiết bị qua tin nhắn Để xử lý tin nhắn, trước tiên Bộ điều khiển thực tách lấy phần nội dung tin nhắn số điện thoại gửi tin nhắn tới Sau điều khiển tiến hành phân tích nội dung lệnh điều khiển Kiểm tra cú pháp điều khiển, cú pháp đúng, vi điều khiển tiến hành điều khiển thiết bị, khơng tự động kết thúc q trình Xử lý tin nhắn Lấy nội dung gửi a lu S n Cú pháp đúng? n va p ie gh tn to Đ Cập nhật liệu đến DataBase Điều khiển thiết bị oa nl w END d a lu a nv Hình 4.15 Giải thuật gửi nhận tin nhắn u nf 4.7.4.5 Chương trình Gửi/Nhận liệu giải mã địa ll Khi có liệu từ module SIM900 gửi qua, chương trình tiến hành nhận m tz n oi liệu lưu nhớ RAM nội điều khiển z m co l gm @ an Lu ac th 82 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an a lu n n va p ie gh tn to Hình 4.16 Giải thuật chương trình Nhận liệu Chương trình gửi lệnh điều khiển liệu từ vi điều khiển đến oa nl w module SIM900 d a nv a lu GUI DL u nf Đang bận gửi liệu ? ll m Đ tz Gặp ký tự cuối ? n oi S Gửi ký tự Tăng lên ký tự S z @ l gm Đ END m co an Lu Hình 4.17 Giải thuật chương trình Gửi liệu ac th 83 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Khi nhận nội dung tin nhắn từ module SIM900 Để xử lý điều khiển, điều khiển phải xác định vùng liệu có ích cho mục đích điều khiển, gồm vùng liệu chứa số điện thoại gửi tin nhắn điều khiển vùng nhớ chứa nội dung điều khiển Chương trình lấy địa làm nhiệm vụ lấy địa bắt đầu vùng nhớ lưu số điện thoại, địa bắt đầu kết thúc vùng nhớ lưu nội dung điều khiển LAY DC a lu X: địa đầu liệu nhận n n va tn to p ie gh S Ký tự đầu liệu ? Ký tự đầu số điện thoại ? S Đ oa nl w Đ Lấy địa đầu lưu số điện thoại d Lấy địa đầu liệu a lu a nv Tăng lên đến ký tự Lấy địa đầu lưu số điện thoại u nf S ll m Địa cuối liệu n oi tz Đ Lấy địa đầu lưu số điện thoại z gm @ END m co l an Lu Hình 4.18 Giải thuật chương trình giải mã địa ac th 84 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 4.7.5.Hệ thống điều khiển tưới chè dựa vào độ ẩm nhiệt độ Hệ thống điều khiển phát triển dựa tiêu chí mềm dẻo chức thiết kế Hệ thống hoạt động theo hai cách Chế độ tự động: phương thức hoạt động tự động ổn định mà không cần tác động thường xuyên người sử dụng như: bật/tắt thiết bị hay lựa chọn lượng tưới, thời gian tưới Chế độ cài đặt thông số liên quan phục vụ cho qui trình tưới theo tiêu chuẩn đặt cho chè Chế độ tay: người sử dụng muốn hệ thống hoạt động theo quy trình riêng sử dụng chức thiết lập thông số điều khiển tay a lu n n va p ie gh tn to d oa nl w a nv a lu ll u nf m n oi z 4.8 Kết luận chương tz Hình ảnh thực tủ điều khiển hệ thống tưới gm @ Dựa sở lý thuyết đề cập chương 2, chương nhóm nghiên l cứu áp dụng triển khai phần lý thuyết vào xây dựng điều khiển tưới nước tự m co động triển khai lắp đặt thử nghiệm vào mơ hình thực tế để áp dụng hệ thống tưới nước dựa công nghệ tưới phun mưa cho vùng chè địa bàn Tỉnh Thái Nguyên, Lu an cụ thể: ac th 85 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an - Thu thập, xử lý thông tin độ ẩm đất - Xác định xử lý liệu liên quan đến lượng nước tưới cần thiết, thời gian thời lượng tưới cho thời điểm cụ thể - Kỹ thuật truyền liệu điều khiển - Xây dựng cài đặt các thuật toán cho điều khiển để xử lý liệu liên quan - Thiết kế, lắp đặt thiết bị, linh kiện cho điều khiển a lu n n va p ie gh tn to d oa nl w a nv a lu ll u nf m tz n oi z m co l gm @ an Lu ac th 86 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết nghiên cứu đạt Qua trình nghiên cứu phát triển luận văn nghiên cứu luận văn, thấy việc áp dụng công nghệ thông tin điều khiển tự động lĩnh vực nông nghiệp cần thiết Hệ thống nhằm giảm sức lao động người lại tăng suất Bên cạnh đó, giám sát điều khiển sát nên chất lượng sản phẩm nâng cao nhiều Hệ thống hoạt động ổn định thời gian dài chi phí hoạt động tương đối thấp Từ mơ hình tương lai ta nâng cấp lên để hệ thống có a lu thể áp dụng nhiều loại nông sản khác rau sạch, vườn ăn trái n không cần người phải tưới ngày Khi phát triển mức sản phẩm lợi ích va mà hệ thống mang lại to lớn n tn to - Đạt yêu cầu hệ thống điều khiển tưới nước tự p ie gh động như: cách thức lắp đặt hệ thống ống dẫn, vòi phun, máy bơm cho khu vực trồng chè địa hình khác Đồng thời, xây dựng hoàn thiện điều khiển oa nl w tự động cho toàn hệ thống - Xây dựng ứng dụng điều khiển kiểm soát việc q trình tưới nước d cơng nghệ điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua thiết bị di động Website a nv a lu kết nối Internet - Giám sát độ ẩm, thời gian tưới, thời lượng tưới cho vùng thiết u nf lập ll m Hướng phát triển luận văn n oi Qua trình lắp đặt thử nghiệp thực tế, luận văn hướng tới phát triển hệ thống Phát triển thêm chức ứng dụng cho nhiều vùng chè khác chủ z - tz tương lai như: @ Phát triển thêm chức bảo mật an toàn: Thêm chức bảo mật cho phận l - gm sở hữu co điều khiển trung tâm để tránh bị người lạ điều khiển hệ thống tưới tiêu m không thời điểm an Lu ac th 87 n va Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn