Báo cáo môn IOT (Internet vạn vật) chủ đề: Ứng dụng cảm biến tích hợp Arduino trongnông trại thông minh, được viết bằng Latex
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN: INTERNET VẠN VẬT ĐỀ TÀI: Ứng dụng cảm biến tích hợp Arduino nông trại thông minh Người thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Vĩnh Long, 2023 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐIỂM CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: □ Tổ chức báo cáo trước hội đồng □ Tổ chức chấm thuyết trình Vĩnh Long, ngày tháng năm Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chun đề báo cáo trước hết nhóm chúng em xin gửi đến quý thầy, cô giáo Khoa công nghệ thông tin trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Vĩnh Long lời cảm ơn chân thành Đặc biệt, chúng em xin gửi đến thầy Trần Phan An Trường, thầy Nguyễn Khắc Tường tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành chuyên đề báo cáo lời cảm ơn sâu sắc Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh Đạo, phòng ban Trường, tạo điều kiện thuận lợi cho em tìm hiểu thực tiễn suốt trình học tập Qua công việc thực báo cáo chúng em nhận nhiều điều mẻ bổ ích việc nghiên cứu triển khai, để giúp ích cho nghiệp sau thân Vì kiến thức thân cịn hạn chế, q trình thực báo cáo, hoàn thiện chuyên đề chúng em khơng tránh khỏi sai sót, kính mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy Chúng em xin cảm ơn! Mục lục TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 1.2 Tổng quan IoT 1.1.1 Lịch sử 1.1.2 Lợi ích 1.1.3 Ưu điểm 1.1.4 Khuyết điểm Lĩnh vực IoT 1.2.1 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài 1.2.2 Khái quát nông trại thông minh 1.2.3 Hệ thống điều khiển CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Board Arduino 2.1.1 Lịch sử 2.1.2 Arduino Uno R3 2.1.3 Cấu tạo Arduino 2.1.4 Ứng dụng Arduino 10 2.2 Giới thiệu phần mềm mô Proteus 12 2.3 Cảm biến module chức 13 2.3.1 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 13 2.3.2 Cảm biến chuyển động PIR 14 2.3.3 Cảm biến ánh sáng Torch LDR 16 2.3.4 Cảm biến độ ẩm đất 18 2.3.5 Module thời gian thực DS1307 20 2.3.6 Module hình LCD 20x4 22 Kết nối với Blynk 24 2.4 i PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 26 3.1 Đặc tả hệ thống 26 3.2 Sơ đồ hệ thống 27 3.2.1 Sơ đồ chức 27 3.2.2 Sơ đồ đấu nối 27 3.2.3 Code Arduino 30 Xây dựng hệ thống 35 3.3.1 Chức điều hòa nhiệt độ 35 3.3.2 Chức tự động tưới tiêu 36 3.3.3 Chức cân ánh sáng 37 3.3.4 Chức phát sâu hại 37 3.3 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38 4.1 Kết luận 38 4.2 Hướng phát triển 39 ii LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển PIC ngày thông dụng hồn thiện hơn, nói xuất Arduino vào năm 2005 Italia mở hướng cho vi điều khiển Sự xuất Arduino hỗ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế, người bắt đầu tìm tịi vi điều khiển mà khơng có q nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vật lý điện tử Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình Java lại vơ dễ sử dụng tương thích với ngơn ngữ C hệ thư viện phong phú chia sẻ miễn phí Chính lý nên Arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ tồn giới Thêm vào đó, thiết bị tự động hóa dần dần thay sức lao động thủ cơng, địi hỏi cơng nghệ phải cập nhật liên tục để không bị lạc hậu so với công nghệ khác Internet of Things (IoT) khái niệm ngày phổ biến giới cơng nghệ đại Nó đề cập đến kết nối giao tiếp thiết bị điện tử đối tượng vật lý thông qua internet IoT mang lại tiềm lớn để thay đổi cải thiện sống nhiều lĩnh vực, bao gồm nông nghiệp, y tế, công nghiệp, đô thị thông minh nhiều lĩnh vực khác Tại thực tế, IoT cho phép thiết bị thông minh kết nối tương tác với để thu thập, chia sẻ xử lý liệu cách tự động Các thiết bị cảm biến, máy móc, thiết bị đeo, xe tơ, đèn chiếu sáng hầu hết đối tượng có khả kết nối internet Khi kết nối, chúng truyền liệu nhận lệnh điều khiển từ xa, tạo nên mạng lưới thông minh tự động hoạt động Chương TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan IoT Internet vạn vật (IoT) khái niệm kết nối thiết bị với với Internet IoT mạng lưới khổng lồ gồm vật (things) người kết nối - tất thu thập chia sẻ liệu với Việc kết nối thực qua Wifi, Bluetooth 1.1.1 Lịch sử Năm 1999 , Kevin Ashton đưa cụm từ Internet of Things nhằm để đối tượng nhận biết tồn chúng Đến năm 2016, Internet Vạn Vật khẳng định bước tiến nhờ hội tụ nhiều cơng nghệ, bao gồm truyền tải vô tuyến diện dày đặc, phân tích liệu thời gian thực, máy học, cảm biến hàng hóa, hệ thống nhúng Điều có nghĩa tất dạng thức hệ thống nhúng cổ điển, mạng cảm biến không dây, hệ thống điều khiển, tự động hóa (bao gồm nhà thơng minh tự động hóa cơng trình), đóng góp vào việc vận hành Internet Vạn Vật (IoT) 1.1.2 Lợi ích IoT coi chìa khóa thành cơng người tương lai gần, tác động tích cực đến đời sống, cơng việc thơng qua nhiều ứng dụng: • Tự động hóa hệ thống nhà thơng minh • Quản lý thiết bị cá nhân kết nối mạng • Mua sắm thông minh qua phần mềm máy tính, điện thoại • Quản lý mơi trường, chất thải nhà máy, xí nghiệp • Quản lý, lập kết hoạch công việc cho doanh nghiệp, công ty • Theo dõi sức khỏe từ xa • Hầu hết ngành nghề phát triển dựa kết nối linh hoạt mạng lưới IoT Bao gồm từ giáo dục, nông nghiệp, công nghiệp, y tế, Điển nhà máy sản xuất bắt đầu áp dụng cảm biến cho thành phần làm sản phẩm Từ theo dõi hoạt động chúng nâng cao chất lượng Hay doanh nghiệp sử dụng công nghệ IoT để quản lý nhân sự, liệu công ty cải thiện hiệu suất làm việc 1.1.3 Ưu điểm • Giao tiếp: IoT khuyến khích giao tiếp thiết bị, cịn gọi giao tiếp MachinetoMachine (M2M) Các thiết bị vật lý trì kết nối đem đến việc kết hợp nhuần nhuyễn chúng giúp đạt chất lượng sản phẩm cao • Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hơn: Đây ưu điểm vượt trội IoT IoT cho phép bạn tự động hóa kiểm sốt nhiệm vụ thực hàng ngày Không cần đến can thiệp người, máy móc giao tiếp với giúp gia tăng tốc độ chất lượng sản phẩm • Thơng tin: Các cách mạng công nghiệp phát triển nhiều đầu mối nguồn thông tin thứ Doanh nghiệp bạn cần chuẩn bị thứ cần thiết tra cứu thơng tin để định tập tức • Màn hình, máy quan sát: Ưu điểm rõ ràng IoT giám sát Nó biết xác số lượng vật tư chất lượng khơng khí, sản phẩm nhà bạn cung cấp thêm thông tin mà trước bạn gặp khó khăn thu thập • Tiết kiệm thời gian: Sự tương tác máy với máy mang lại hiệu tốt cho kết xác Thay phí thời gian để lặp lại nhiệm vụ tương tự ngày, cho phép người thực cơng việc sáng tạo khác • Tiết kiệm tiền bạc: Ưu điểm lớn IOT tiết kiệm tiền IoT hữu ích giúp cho thói quen hàng ngày người cách làm cho thiết bị giao tiếp với hiệu Chúng cảnh báo kịp thời vấn đề, cố phát sinh Vì vậy, bạn tiết kiệm lượng chi phí sửa chữa, trì nhiều sản phẩm 1.1.4 Khuyết điểm • Độ phức tạp: IoT mạng lưới đa dạng phức tạp, với lỗi lỗi phần mềm phần cứng gây hậu nghiêm trọng Khi điện gây nhiều bất tiện hệ thống thao tác nhiều thiết bị chúng kết nối với • Quyền riêng tư/Bảo mật: Cuộc sống ngày kiểm sốt cơng nghệ, phụ thuộc vào Nếu tất liệu IoT truyền đi, nguy quyền riêng tư tăng lên • An tồn: Tất thiết bị gia dụng, máy móc cơng nghiệp, dịch vụ khu vực công nhiều thiết bị khác kết nối với Internet Vì vậy, tạo kho thơng tin khổng lồ có sẵn thiết bị thơng tin dễ bị công tin tặc 1.2 1.2.1 Lĩnh vực IoT Mục tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài Mục tiêu: - Nghiên cứu phát triển giải pháp thơng minh tự động hóa lĩnh vực nơng trại - Tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước, phân bón lượng nông trại - Nâng cao hiệu suất suất nông trại thông qua ứng dụng công nghệ - Cải thiện quản lý, giám sát kiểm sốt quy trình sản xuất nơng nghiệp Phạm vi nghiên cứu: - Ứng dụng cảm biến mạng cảm biến không dây để giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm, pH đất, ánh sáng, tiêu môi trường khác - Sử dụng công nghệ IoT (Internet of Things) để kết nối quản lý thiết bị thông minh nông trại - Xây dựng hệ thống điều khiển tự động để điều chỉnh việc cung cấp nước, phân bón, ánh sáng yếu tố khác cho trồng 1.2.2 Khái quát nông trại thơng minh Tìm hiểu nơng trại thơng minh: - Hiện nay, khu nông trại lớn, việc trông chừng nông trại tưới tiêu cách thủ cơng điều khơng thể Vì vậy, thơng qua hệ thống nơng trại thơng minh, thực hoạt động tự động cách theo dõi điều khiển thiết bị, thay đổi thiết lập thông qua internet - Hệ thống nông trại thông minh cho phép người chủ nông trại biết trồng cần nước, cần ánh sáng để quang hợp, bị công sâu hại Từ đó, tự động bật/tắt thiết bị đèn, máy bơm nước, quạt, nhận thông báo để nắm bắt tình hình trang trại Điều giúp tiện lợi cho trình phát triển trồng - Việc điều khiển cảm biến từ xa biết trạng thái nông trại giúp người chủ tiết kiệm thời gian công sức đáng kể Hệ thống nông trại thông minh: Hệ thống nông trại thơng minh giúp tự động hóa q trình chăm sóc quản lý trồng mơi trường trồng trọt Nó sử dụng cảm biến thiết bị điều khiển để giám sát điều chỉnh yếu tố quan trọng nước, nhiệt độ, ánh sáng chuyển động: 3.2 Sơ đồ hệ thống 3.2.1 Sơ đồ chức Hình 3.1: Sơ đồ khối chức Hình 3.2: Sơ đồ khối cảm biến ánh sáng 3.2.2 Sơ đồ đấu nối 27 Hình 3.3: Sơ đồ khối cảm biến chuyển động Hình 3.4: Sơ đồ khối cảm biến DHT11 28 Hình 3.5: Sơ đồ khối cảm biến độ ẩm đất Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối mơ hình nơng trại thơng minh 29 3.2.3 Code Arduino #include "RTClib.h" #include #include #define BLYNK_PRINT Serial #define BLYNK_PRINT DebugSerial #include #include #include #include SoftwareSerial DebugSerial(2, 3); // RX, TX #define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL6VyCCYjLE" #define BLYNK_TEMPLATE_NAME "NTTM" #define BLYNK_AUTH_TOKEN "uVM-qF5dEsb1Ir8S8x_Wv3JY_Xh3VKmP" char auth[] ="uVM-qF5dEsb1Ir8S8x_Wv3JY_Xh3VKmP"; #include //Khai bao toan cuc char daysOfTheWeek[7][12] = {"Chu nhat", "Thu 2", "Thu 3","Thu 4", "Thu 5", "Thu 6", "Thu 7"}; const byte soil = A1; const byte ldr = A0; const byte motor = 3; const byte led = 13; const byte dhtpin = 2; const byte fan = 4; const byte pir = 5; float t[7] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; //Khoi tao RTC_DS1307 rtc; BlynkTimer timer; 30 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); #define DHTTYPE DHT11 DHT dht (dhtpin, DHTTYPE); void setup() { //Khoi tao DebugSerial.begin(9600); Serial.begin(9600); Blynk.begin(Serial, auth); dht.begin(); rtc.begin(); rtc.adjust(DateTime(F( DATE ), F( TIME ))); pinMode(soil, INPUT); pinMode(motor, OUTPUT); pinMode(ldr, INPUT_PULLUP); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(fan, OUTPUT); pinMode(pir, INPUT); pinMode(btn_led, INPUT); lcd.init(); lcd.backlight(); } void loop() { Blynk.run(); timer.run(); //lay thong so am dat, anh sang int dat = analogRead(soil)/10; int ldr = analogRead(ldr); 31 //lay thong so tu module ds1307 DateTime now = rtc.now(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(now.year(), DEC); lcd.print(’/’); lcd.print(now.month(), DEC); lcd.print(’/’); lcd.print(now.day(), DEC); lcd.print(" ("); lcd.print(daysOfTheWeek[now.dayOfTheWeek()]); lcd.print(") "); lcd.setCursor(0,1); if(now.hour()>=10) lcd.print(now.hour(), DEC); else{ lcd.print("0"); lcd.print(now.hour(), DEC);} lcd.print(’:’); if(now.minute()>=10) lcd.print(now.minute(), DEC); else{ lcd.print("0"); lcd.print(now.minute(), DEC);} lcd.print(’:’); if(now.second()>=10) lcd.print(now.second(), DEC); else{ lcd.print("0"); lcd.print(now.second(), DEC);} 32 lcd.setCursor(0,2); lcd.print("Do am: "); lcd.print(dat); lcd.print("% "); Blynk.virtualWrite(V4, String(dat)+’%’); //Dieu khien motor bom nuoc qua cam bien am dat va module ds1307 if(now.hour()==14){ if(dat>=80){ lcd.print("Khong bom"); digitalWrite(motor, LOW); Blynk.virtualWrite(V0, "Đang tắt"); analogWrite(motor, 0); } } else { lcd.print("Bom nuoc"); digitalWrite(motor, HIGH); Blynk.virtualWrite(V0, "Đang bật"); analogWrite(motor, 200); } } //Dieu khien fan thong qua dht11 for (int i = 6; i > 0; i ) { t[i] = t[i - 1]; // Đẩy giá trị sang phải } t[0] = dht.readTemperature(); // Gán giá trị vào t[0] float sum = 0; for (int i = 0; i 28) { digitalWrite(fan, HIGH); analogWrite(fan, 200); } else{ digitalWrite(fan, LOW); analogWrite(fan, 0); } //in thong so cua torch ldr lcd.setCursor(0,3); lcd.print("Anh sang: "); lcd.print(ldr); if(digitalRead(pir)){ lcd.print(" Co sau"); Blynk.virtualWrite(V1, "Có sâu hại"); } else{ lcd.print(" "); Blynk.virtualWrite(V1, "An toàn"); } Blynk.virtualWrite(V5, String(ldr)); if(ldr