Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật điện – điện tử mô hình hệ thống trồng rau tự động

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT - NÔNG NGHIỆP - CNC -V ia r Ba au gt un ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG U : Đại Học Chính Quy Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Chuyên ngành : Điều Khiển Và Tự Động Hóa rs ve ni Trình độ đào tạo ity Giáo viên hướng dẫn: ThS Lưu Hồng Sinh viên thực : Lê Cơng Thành MSSV: 16031542 Ngô Minh Quyền MSSV: 16031472 Lớp : DH16TD Vũng Tàu, Năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA CNKT - NNCNC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định việc tổ chức, quản lý hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ tên sinh viên 1: Lê Công Thành Ngày sinh: 06/03/1998 MSSV: 16031542 Email: Lecongthanh0587807475@gmail.com Họ tên sinh viên 2: Ngô Minh Quyền r Ba Ngày sinh: 26/02/1998 MSSV: 16031472 ia Email: Minhquyen262@gmail.com -V : DH16TD Chuyên ngành : Điều Khiển Và Tự Động Hóa Hệ đào tạo : Đại Học Chính Quy au gt MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG U I Tên đề tài: un Lớp Ths Lưu Hoàng III Ngày giao đề tài: 12/2019 rs ve ni II Giảng viên hướng dẫn: ity IV Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 05/2020 Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trưởng môn Trưởng khoa (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT (Của giáo viên hướng dẫn) Thái độ, tác phong nhận thức q trình thực hiện: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kiến thức chun mơn: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… r Ba …………………………………………………………………………………… un -V ia Hình thức, bố cục trình bày: …………………………………………………………………………………… • ………………………………………………………………………………… gt • Nội dung, kết quả: au …………………………………………………………………………………… U ni …………………………………………………………………………………… rs ve …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ity Nhận xét khác: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT (Của giáo viên phản biện) Thái độ, tác phong nhận thức trình thực hiện: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kiến thức chuyên môn: …………………………………………………………………………………… • r Ba …………………………………………………………………………………… ia …………………………………………………………………………………… -V Hình thức, bố cục trình bày: …………………………………………………………………………………… • un au gt ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ni Nội dung, kết quả: U • ve …………………………………………………………………………………… rs …………………………………………………………………………………… ity …………………………………………………………………………………… Nhận xét khác: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lưu Hoàng - Giảng viên môn Điện - Điện Tử, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, giảng giải cho chúng em lựa chọn đề tài trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót hỗ trợ góp ý Thầy nên nhóm hồn thành đồ án Trong suốt thời gian theo học trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, Tp Vũng Tàu, em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ từ Thầy Cô bạn bè Cảm ơn Hiệu Trưởng, quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu r Ba hỗ trợ tận tình trang thiết bị, phần mềm, sở vật chất tạo điều kiện hồn ia thành đồ án Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, -V người truyền lại cho em nhiều kinh nghiệm kiến thức quý báu, un giúp đỡ tiếp thêm động lực cho em vững bước đường gt chọn Và đặc biệt Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử truyền đạt kiến U đề tài au thức, kinh nghiệm tạo điều kiện tốt để nhóm em hồn thành ve ni Xin cảm ơn bạn khóa, khoa động viên, khích lệ, ủng hộ nhiều mặt góp phần làm nên thành công đồ án rs ity Cảm ơn Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu! Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Lê Công Thành Ngô Minh Quyền LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, khoa học Công nghệ ngày đạt thành tựu to lớn, kéo theo phát triển vượt bậc ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ thuật Đối với nước mà nơng nghiệp cịn chiếm vai trị to lớn kinh tế việc ứng dụng khoa học Công nghệ điều cấp thiết cần mở rộng Nhằm giải vấn đề này, nhờ giúp sức tiến khoa học kỹ thuật, hệ thống giám sát, xử lý, cung ứng trình sản xuất ngày đại đưa vào nông nghiệp đặc biệt ứng dụng Cơng nghệ IOT góp phần tạo nên môi trường sản xuất động, khoa học giải r Ba phóng sức lao động, tăng suất, mang lại hiệu kinh tế cao Với mong ia muốn nghiên cứu tạo hệ thống giám sát nơng nghiệp tiện ích sử dụng -V Cơng nghệ IOT, để góp phần đáp ứng nhu cầu đóng góp thêm giải pháp au gt TỰ ĐỘNG” un phát triển, nhóm định chọn đề tài: “MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU rs ve ni U ity TÓM TẮT ĐỂ TÀI Phương pháp thực dùng ESP32 xây dựng thành khối điều khiển trung tâm, dùng module cảm biến: độ ẩm đất, nhiệt độ độ ẩm khơng khí thu thập liệu từ môi trường canh tác gửi ESP32, từ so sánh với thơng số cài đặt trước ESP32 điều khiển thiết bị ngoại vi: máy bơm nước, van điện Bên cạnh ESP32 gửi liệu lên ứng dụng Android điều khiển phạm vi gần Web thông qua ESP32 để điều khiển hệ thống từ xa Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu phương thức giao tiếp ESP32 với cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí Mơ hình nhỏ gọn, bố trí linh kiện hợp lí, dễ quan sát, sử dụng, đảm bảo tính an tồn thẩm r Ba mỹ ia Do thời gian, kiến thức kinh nghiệm nhóm cịn có hạn nên khơng un -V thể tránh khỏi sai sót Nhóm em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy cô bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài au gt rs ve ni U ity MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined I Tên đề tài: MƠ HÌNH TRỒNG CÂY TỰ ĐỘNGError! Bookmark not defined II Giảng viên hướng dẫn: Ths Lưu HoàngError! Bookmark not defined III Ngày giao đề tài: 12/2019 Error! Bookmark not defined IV Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 05/2020 Error! Bookmark not defined r Ba NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined -V ia (Của giáo viên hướng dẫn) Error! Bookmark not defined NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined un (Của giáo viên phản biện) Error! Bookmark not defined gt LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined au LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined rs ve ni U TÓM TẮT ĐỂ TÀI Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined ĐẶT VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined MỤC TIÊU Error! Bookmark not defined NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined GIỚI HẠN Error! Bookmark not defined BỐ CỤC Error! Bookmark not defined ity CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐIError! Bookmark not defined GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Error! Bookmark not defined GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! Bookmark not defined CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined HƯỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Minh họa ứng dụng IOT nông nghiệp Hình Bốn cấu phần hệ thống IOT 11 Hình Ứng dụng Iot 11 Hình Mơ hình tưới rau Iot 12 Hình Hình ảnh minh họa 14 Hình Logo Wifi 15 Hình Module ESP 32 24 Hình Bộ Nguồn 25 Hình Mạch Relay Opto cách ly 5VDC 26 r Ba Hình 10 Cảm biến lưu lượng 27 ia Hình 11 Cảm biến lưu lượng nước DN20 28 -V Hình 12 Van điện từ 29 un Hình 13 Module cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 30 au gt Hình 14 Module cảm biến độ ẩm đất 31 Hình 15 Sơ đồ khối hệ thống 32 ni U Hình 16 Nguyên lý hoạt động 35 ve Hình 17 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) 36 rs Hình 18 Hình ảnh mô (Hệ thống phun nước) 37 ity Hình 19 Hệ thống phun nước 37 Hình 20 Hộp chứa nước 38 Hình 21 Hộp chứa nước 38 Hình 22 Kết nối với thiết bị điện 39 Hình 23 Tổng quan mơ hình từ 39 Hình 24 Tổng quan mơ hình từ sau 40 Hình 25 Tổng quan mơ hình từ trước 40 Hình 26 Tổng quan mơ hình bên cạnh 41 Hình 27 Tổng quan mơ hình 41 Hình 28 Tổng quan mơ hình 42 Hình 29 Tổng quan mơ hình hồn thiện kết nối với ap 42 Hình 30 Kết nối đường ống dẫn nước 43 Hình 31 Đầu phun nước 43 Hình 32 Thùng chứa phân 44 Hình 33 Van chiều, van điện từ van nước 44 Hình 34 Cảm biến lưu lượng 45 Hình 35 Hộp đựng thiết bị điện (nguồn, chip, relay) 45 Hình 36 Motor bơm nước 46 Hình 37 Lắp đặt 46 Hình 38 Kết nối với bơm phân 47 r Ba Hình 39 Tổng quan mơ hình 48 Hình 40 Tổng quan mơ hình 49 ia -V Hình 41 Đi dây, kết nối thiết bị điện 51 un Hình 42 Mơ hình hoạt động 52 gt Hình 43 Mơ hình hoạt động 52 au Hình 44 Mơ hình hoạt động 53 ni U Hình 45 Mơ hình hoạt động 54 Hình 46 Mơ hình hoạt động kết nối với app 54 ve rs Hình 47 Mơ hình hoạt động 55 ity Hình 48 Cài đặt Arduino IDE 56 Hình 49 Các bước cài đặt phần mền Arduino 57 Hình 50 Các bước cài đặt phần mền Arduino 57 Hình 51 Các bước cài đặt phần mền Arduino 58 Hình 52 Các bước cài đặt phần mền Arduino 59 Hình 53 Các bước cài đặt phần mền Arduino 59 Hình 54 Các bước cài đặt phần mền Arduino 60 Hình 55 Các bước cài đặt phần mền Arduino 60 Hình 56 Giao diện ứng dụng trạng thái tự động (trái) 79 Hình 57 Giao diện cài đặt 80 Hình 58 Giao diện theo dõi ngày 81 Hình 59 Cài đặt quy trình tưới nước tưới phân cho rau 82 Hình 60 Giao diện cài đặt quy trình 82 Hình 61 Giao diện bắt đầu quy trình 83 Hình 62 Giao diện cài đặt kết nối wifi 84 Hình 63 Giao diện cài đặt API 85 Hình 64 Giao diện theo dõi quy trình 86 au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐẶT VẤN ĐỀ Nông nghiệp vấn đề trọng yếu quốc gia việc bảo đảm an ninh lương thực, hai ngành sản xuất vật chất quan trọng kinh tế Là khu vực sản xuất chủ yếu, đảm bảo đời sống cho xã hội, thị trường rộng lớn cung cấp nguyên liệu tiêu thụ sản phẩm kinh tế tích lũy cho cơng nghiệp Việt Nam nước sản xuất chủ r Ba yếu nông nghiệp với 66,9% dân số nước tập trung sống vùng nông ia thôn, lao động nông nghiệp chiếm tới 42% lao động toàn xã hội -V Ngày nay, nước ta hướng tới xây dựng công nghiệp phát triển, un điều mang lại nhiều lợi ích cho đất nước kèm theo nhiều hệ lụy, gt đặc biệt ô nhiễm môi trường, mảng chịu thiệt hại lớn từ au vấn đề ngành nơng nghiệp Bên cạnh đó, nhiều năm qua, sản U xuất nông nghiệp Việt Nam gặp nhiều khó khăn tượng thời tiết ve ni cực đoan ngày diễn biến phức tạp ảnh hưởng biến đổi khí hậu toàn cầu, làm ảnh hưởng to lớn đến suất chất lượng sản phẩm từ rs ity nơng nghiệp Cùng với đó, việc chuyển dịch cấu kinh tế theo hướng công nghiệp, dịch vu, làm giảm đáng kể nhân lực nông nghiệp, theo nhiều dự báo số lượng tiếp tục gia tăng năm tới, điều đưa tới toán cho việc giải vấn đề nhân lực ngành nơng nghiệp Chính vậy, việc tìm kiếm giải pháp để ổn định nâng cao chất lượng sản phẩm, suất thu hoạch trở thành ưu tiên hàng đầu nhà nước năm qua Do đó, ứng dụng Cơng nghệ đưa vào việc chăm sóc, thu hoạch nông nghiệp để khắc phục vấn đề thiên tai, môi trường, tiết kiệm nhân lực, đồng thời gia tăng suất trồng, đơn giản hóa việc quản lý Một ứng dụng Công nghệ bật đưa vào nông nghiệp năm gần Internet of thing ( viết tắt IOT) đem lại nhiều kết thành Công, áp dụng phổ biến nhiều diện tích canh tác nơng nghiệp, chúng em chọn đề tài “ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG ” nhằm có hiểu biết thêm tác động Công nghệ tới khả phát triển trồng, quản lý người điều khiển, bên cạnh nghiên cứu thêm ứng dụng Công nghệ điện tử đưa vào MỤC TIÊU Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống IoT nông nghiệp r Ba có khả giám sát nhiệt độ, độ ẩm (thơng qua cảm biến), ổn định điều kiện môi trường (thông qua bơm nước) Hệ thống cho phép thực thao tác ia un -V giám sát - điều khiển trang web ứng dụng smartphone NỘI DUNG NGHIÊN CỨU gt au • NỘI DUNG 1: Thiết kế phần cài đặt loại trồng website Cập nhật rs ve ni U thơng số giới hạn để điều khiển hệ thống hai chế độ: tự động tay • NỘI DUNG 2: Thiết kế - thi Công mạch điều khiển • NỘI DUNG 3: Thiết kế - thi Cơng mơ hình trồng rau nơng nghiệp • NỘI DUNG 4: Nhận xét - đánh giá kết thực Hồn thiện mơ hình ity • NỘI DUNG 5: Hồn thành luận văn GIỚI HẠN Đề tài MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG gồm: • Kích thước mơ hình thi cơng: dài 120cm, cao 15cm, rộng 60cm • Sử dụng module cảm biến: module cảm biện độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm khơng khí để truyền liệu mơi trường đối tượng canh tác vào điều khiển trung tâm • Một ESP32 đóng vai trị làm điều khiển trung tâm BỐ CỤC • Chương 1: Tổng Quan Trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài dùng để thực thiết kế, thi công cho đề tài • Chương 3: Thiết Kế Tính Tốn Trình bày tổng quan yêu cầu để tài thiết kế tính tốn hệ thống bao gồm sơ đồ nguyên lý toàn mạch phần hệ thống • Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống r Ba Trình bày kết thi cơng phần cứng kết hình ảnh hình hay mơ • -V ia tín hiệu, kết thống kê Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét Đánh Giá un Trình bày kết trình nghiên cứu làm đề tài bao gồm thời gian gt nghiên cứu, kết đạt được, nhận xét, đánh giá đề tài tính ứng dụng đề Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển ni U • au tài thực tiễn ve Trình bày kết đạt so với mục tiêu đề ban đầu, nhận xét đánh giá ity trình nghiên cứu rs kết đạt đề tài nghiên cứu Hướng phát triển đề tài sau CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP 1.1 Giới thiệu Từ lần đầu giới thiệu cách gần 20 năm, ứng dụng IOT mảng Công nghệ phát triển cách mạng Công nghiệp 4.0, xuất tác động tích cực tới ngành, lĩnh vực có ngành nơng nghiệp Ứng dụng IOT nơng nghiệp góp phần tạo nên môi trường sản xuất động, khoa học giải phóng sức lao động, tăng r Ba suất, mang lại hiệu kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp cải thiện mặt cho cho nông nghiệp tương lai gần au gt un -V ia rs ve ni U ity Hình Minh họa ứng dụng IOT nông nghiệp 1.2 Cấu trúc hệ thống ứng dụng Công nghệ IOT Kiến trúc IOT gồm bốn thành phần gồm: Vạn vật (Things), Trạm kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng (Internet) cuối lớp dịch vụ (Service) • Vạn vật (Things): Ngày có vơ vàn vật dụng hữu sống, khu canh tác, nhà thiết bị lưu động người dùng Giải pháp IoT giúp thiết bị thông minh sàng lọc, kết nối quản lý liệu đối tượng nông nghiệp cách cục bộ, cịn thiết bị chưa thơng minh kết nối thông qua trạm kết nối Từ đó, thiết bị, vật dụng thực nhiệm vụ đối tượng nơng nghiệp cần quản lý • Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối đóng vai trị vùng trung gian trực tiếp, cho phép vật dụng có sẵn kết nối với điện tốn đám mây cách bảo mật dễ dàng quản lý Gateways thiết bị vật lý phần mềm dùng để kết nối Cloud (điện toán đám mây) điều khiển, cảm biến, thiết bị thơng minh r Ba • Hạ tầng mạng (Internet): Internet hệ thống toàn cầu nhiều mạng IP ia kết nối với liên kết với hệ thống máy tính Cơ sở hạ tầng mạng bao -V gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp nhiều thiết bị un khác kiểm sốt lưu lượng liệu lưu thơng kết nối đến mạng gt lưới viễn thông cáp - triển khai nhà cung cấp dịch vụ au • Lớp dịch vụ (Service): Là ứng dụng hãng Công nghệ, rs ve ni tận dụng hết giá trị sản phẩm U chí người dùng tạo để dễ dàng sử dụng sản phẩm IOT cách hiệu ity 10 Hình Bốn cấu phần hệ thống IOT r Ba 1.3 Ứng dụng IoT nông nghiệp au gt un -V ia rs ve ni U ity Hình Ứng dụng Iot − IoT nông nghiệp tảng Nông nghiệp Thông minh Nó giúp nâng cao chất lượng, bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm nâng cao giá trị hàng nơng phẩm Nơng nghiệp thơng minh gì? Nông nghiệp thông minh thuật ngữ rộng thu thập hoạt động sản xuất thực phẩm nông nghiệp có ứng dụng cơng nghệ 4.0, bao gồm: IoT, Big Data cơng nghệ phân tích tiên tiến 11 Ứng dụng quan trọng nông nghiệp thông minh Phân tích liệu, trực quan hóa hệ thống hóa quản lý Việc phân tích liệu cảm biến thúc đẩy tính minh bạch quy trình nơng nghiệp, nơng dân có hiểu biết quý giá hiệu suất cánh đồng, nhà kính, v.v Khơng dừng lại đó, mơ hình nơng nghiệp thơng minh, người nơng dân cịn tham khảo tư vấn hệ thống AI, xây dựng tảng kiến thức nhà khoa học Các ứng dụng IoT phổ biến khác nơng nghiệp thơng minh kể đến như: • Các hệ thống dựa cảm biến để giám sát trồng, đất, đồng ruộng, chăn nuôi, kho chứa, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sản xuất • Xe nơng nghiệp thơng minh, máy bay không người lái, robot tự động thiết bị Không gian sản xuất nơng nghiệp kết nối nhà kính thông minh thủy au gt un -V canh ia • r Ba truyền động rs ve ni U ity Hình Mơ hình tưới rau Iot − Lợi ích việc sử dụng IoT nông nghiệp Giống ngành công nghiệp khác, ứng dụng IoT nơng nghiệp hứa hẹn hiệu trước khơng có, giảm tài ngun chi phí, tự động hóa dựa phân tích liệu, tối ưu hóa quy trình Tuy nhiên, riêng ngành nơng nghiệp, vai trị IoT vơ quan trọng Nó mang tới giải pháp 12 bước ngoặt, giải vấn đề cấp bách liên quan tới sinh tồn phát triển lồi người • Hiệu vượt trội: Ngày nay, ngành nông nghiệp đua Nông dân bị thúc ép phải trồng nhiều sản phẩm chất lượng đất ngày tệ hơn, diện tích ngày giảm biến động thời tiết ngày phức tạp IoT nông nghiệp cho phép nông dân theo dõi sản phẩm điều kiện họ thời gian thực Họ nhận thơng tin chi tiết nhanh, dự đốn vấn đề trước chúng xảy đưa định sáng suốt cách phịng tránh chúng Ngồi ra, giải pháp IoT nông nghiệp cho phép thực quy trình sản xuất tự động Ví dụ: tưới tiêu, bón phân dựa nhu cầu robot thu hoạch tự động • Phủ sóng nơng nghiệp: Vào thời điểm dân số giới chạm ngưỡng tỷ người, r Ba 70% số sống khu vực thành thị Nhà kính hệ thống thủy canh dựa ia IoT đặt lòng thành phố cứu cánh, cung cấp nguồn thực phẩm trái -V rau tươi ngắn hạn cho công dân thành thị Các hệ thống nông nghiệp chu un trình khép kín thơng minh cho phép người ta trồng thực phẩm khắp gt nơi, siêu thị, tòa nhà chọc trời, tường mái nhà, Giảm tài nguyên: Rất nhiều giải pháp IoT nông nghiệp tập trung U • au container vận chuyển và, tất nhiên, gia đình ve ni vào việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, như: Nước, lượng, đất đai Canh tác xác cách sử dụng IoT dựa liệu thu thập từ cảm biến rs khác giúp nơng dân phân bổ xác để sử dụng vừa đủ tài nguyên cần • ity thiết cho sinh trưởng phát triển nơng sản Quy trình hơn: Điều tương tự liên quan đến thuốc trừ sâu phân bón Các hệ thống dựa IoT để canh tác xác giúp nhà sản xuất tiết kiệm nước lượng, không làm cho nông nghiệp xanh hơn, mà giảm đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu phân bón Cách tiếp cận cho phép có sản phẩm cuối hữu so với phương pháp nơng nghiệp truyền thống • Nhanh chóng: Một lợi ích việc sử dụng IoT nơng nghiệp cải tiến tốc độ quy trình Nhờ hệ thống giám sát dự đoán thời gian thực, nơng dân nhanh chóng phản ứng với thay đổi đáng kể thời 13 tiết, độ ẩm, chất lượng khơng khí sức khỏe loại trồng đất đồng ruộng Đặc biệt, điều kiện thời tiết thay đổi thất thường khắc nghiệt, việc ứng dụng IoT nông nghiệp giúp người nơng dân thời đại cứu lấy mùa màng • Cải thiện chất lượng nơng sản: Nông nghiệp dựa tảng công nghệ cho đời sản phẩm tốt Bằng việc sử dụng cảm biến đất trồng, giám sát máy bay không người lái (drone) không lập đồ trang trại, nơng dân hiểu rõ phụ thuộc chi tiết điều kiện chất lượng trồng Sử dụng hệ thống kết nối, họ tạo lại điều kiện tốt tăng giá trị dinh dưỡng sản phẩm − Kết luận r Ba Thị trường hình thành sụp đổ, mơ hình kinh doanh đột phá xuất ia thoái trào, nhu cầu lương thực loài người khơng giảm Vì -V lý này, phát triển lĩnh vực thực phẩm nông nghiệp un trọng, đặc biệt với động lực quan sát giới ngày Do au gt đó, ứng dụng IoT nông nghiệp hứa hẹn tương lai đầy tươi sáng rs ve ni U ity Hình Hình ảnh minh họa 14 CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI 2.1 GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG WIFI Wifi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) hệ thống mạng khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến, giống điện thoại di đơng, truyền hình radio Kết nôi Wifi thường lựa chọn hàng đầu nhiều kỹ sư giải pháp tính thơng dụng kinh tế hệ thống wifi mạng LAN với mơ hình kết nối phạm vi địa lý có giới hạn au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình Logo Wifi 15 Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với sóng vơ tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động thiết bị khác Nó chuyển nhận sóng vơ tuyến, chuyển đổi mã nhị phân sang sóng vơ tuyến ngược lại Tuy nhiên, sóng WiFi có số khác biệt so với sóng vơ tuyến khác chỗ: Chúng truyền phát tín hiệu tần số 2.4 GHz GHz Tần số cao so với tần số sử dụng cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay truyền hình Tần số cao cho phép tín hiệu mang theo nhiều liệu Hiện nay, đa số thiết bị wifi tuân theo chuẩn 802.11n, phát tần số 2.4Ghz đạt tốc độ xử lý tối đa 300Megabit/giây r Ba Hệ thống hoạt động sân bay, quán café, thư viện khách sạn Hệ ia thống cho phép truy cập Internet khu vực có sóng hệ thống này, un -V hồn tồn khơng cần đến cáp nối Ngồi điểm kết nối cơng cộng (hotspots), WiFi thiết lập nhà riêng au gt Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics ni U Engineers) Viện tạo nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, ity − Hoạt động rs WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad ve sử dụng hệ thống số nhằm phân loại chúng; chuẩn thông dụng Máy tính xách tay cắm thêm thẻ adapter cổng PC card liên lạc với router có hai ăng-ten nằm đằng sau Truyền thông qua mạng không dây truyền thông vô tuyến hai chiều Cụ thể: Thiết bị adapter khơng dây (hay chuyển tín hiệu khơng dây) máy tính chuyển đổi liệu sang tín hiệu vơ tuyến phát tín hiệu ăng-ten 16 Thiết bị router không dây nhận tín hiệu giải mã chúng Nó gởi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet Quy trình hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từ Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vơ tuyến gởi đến adapter khơng dây máy tính − Sóng Wi-Fi Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động thiết bị khác Nó chuyển ngược lại -V ia r Ba nhận sóng vơ tuyến, chuyển đổi mã nhị phân sang sóng vơ tuyến au gt chỗ: un Tuy nhiên, sóng WiFi có số khác biệt so với sóng vơ tuyến khác Chúng truyền phát tín hiệu tần số 2.4 GHz, GHz 60 GHz Tần số U ni cao so với tần số sử dụng cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay rs ve truyền hình Tần số cao cho phép tín hiệu mang theo nhiều liệu ity Chúng dùng chuẩn 802.11: Chuẩn 802.11b phiên thị trường Đây chuẩn chậm rẻ tiền nhất, trở nên phổ biến so với chuẩn khác 802.11b phát tín hiệu tần số 2.4 GHz, xử lý đến 11 megabit/giây, sử dụng mã CCK (complimentary code keying) 17 Chuẩn 802.11g phát tần số 2.4 GHz, nhanh so với chuẩn 802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây Chuẩn 802.11g nhanh sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), công nghệ mã hóa hiệu Chuẩn 802.11a phát tần số GHz đạt đến 54 megabit/ giây Nó sử dụng mã OFDM Những chuẩn sau 802.11n nhanh chuẩn 802.11a, 802.11n chưa phải chuẩn cuối Chuẩn 802.11n phát tần số 2.4 GHz, nhanh so với chuẩn 802.11a, tốc độ truyền liệu tối đa đạt 450 megabit/giây r Ba Chuẩn 802.11ac phát tần số GHz nhanh so với chuẩn 802.11n, tốc độ ia un -V truyền liệu tối đa đạt đến 1.3 Gigabit/giây gt Chuẩn 802.11ad phát tần số 60 GHz nhanh so với chuẩn 802.11ac, tốc au độ truyền liệu tối đa đạt đến 4,6 Gigabit/giây U ni WiFi hoạt động ba tần số nhảy qua lại tần số ve khác cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại tần số giúp giảm rs thiểu nhiễu sóng cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây lúc ity 18 − Adapter Một adapter cắm vào khe PCI cho máy tính để bàn Các máy tính nằm vùng phủ sóng WiFi cần có thu khơng dây, adapter, để kết nối vào mạng Các tích hợp vào máy tính xách tay hay để bàn đại Hoặc thiết kế dạng để cắm vào khe PC card cổng USB, hay khe PCI Khi cài đặt adapter không dây phần mềm điều khiển (driver), máy tính tự động nhận diện hiển thị mạng không dây tồn Router -V ia − r Ba khu vực gt un Nguồn phát sóng WiFi máy tính với: au • Một cổng để nối cáp modem ADSL rs ve ity • Một firewall ni • Một hub Ethernet U • Một router (bộ định tuyến) • Một access point khơng dây Hầu hết router có độ phủ sóng khoảng bán kính 30,5 m hướng 19 − Các chuẩn bảo mật WiFi: WEP WEP (Wired Equivalent Privacy) gỉai thuật bảo mật cho mạng không dây chuẩn IEEE 802.11 Ban đầu, nhà sản xuất sản xuất thiết bị WiFI với chuẩn bảo mật 64 bit Sau có cải tiến với chuẩn bảo mật 128 bit 256 bit Bảo mật WEP sau xuất nhiều lổ hổng Các khóa WEP ngày bị crack vài phút phần mềm hồn tồn miễn phí mạng Vào năm 2004, với phát triển chuẩn bảo mật WPA, WPÀ2, IEEE tuyên bố chuẩn WEP bảo mật WiFi khơng cịn un -V ia WPA r Ba hỗ trợ gt WPA (Wi-Fi Protected Access) giao thức chuẩn bảo mật WiFi phát triển au Liên hiệp Wifi (Wifi Alliance) WPA phát triển để thay cho chuẩn ni U WEP trước có nhiều lỗ hổng bảo mật ve Phiên phổ biến WPA WPA-PSK (Pre-Shared Key) Các kí tự rs sử dụng WPA loại 256 bit, nên tính bảo mật cao nhiều so ity với mã hóa 64 bit 128 bit có hệ thống WEP Trong WPA có hỗ trợ TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) TKIP sử dụng gỉai thuật để đảm bảo an tồn cho gói tin truyền WIFI để tránh bị đánh cắp Tuy nhiên TKIP sau bộc lộ số lổ hổng bảo mật bị thay AES (Advanced Encryption Standard) Giao thức AES dùng WPA WPA 20 WPA WPA (WiFi Protected Access II) giao thức chuẩn bảo mật thay cho WPA từ năm 2006 xem chuẩn bảo mật an toàn đến thời điểm Ngoài việc sử dụng giao thức AES, WPA cịn sử dụng thêm giao thức mã hóa CCMP (CTR mode with CBC-MAC Protocol) Giao thức CCMP giao thức truyền liệu kiểm sốt tính truyền liệu thống để bảo đảm tính bảo mật nguyên vẹn liệu truyền Cho đến giao thức bảo mật WPA2 dùng AES giao thức bảo mật Wifi tốt 2.2 GIAO THỨC INTERNET PROTOCOL r Ba Internet Protocol (tiếng Anh, viết tắt: IP, có nghĩa Giao thức Internet) ia -V giao thức hướng liệu sử dụng máy chủ nguồn đích để gt un truyền liệu liên mạng chuyển mạch gói au Dữ liệu liên mạng IP gửi theo khối gọi gói U (packet datagram) Cụ thể, IP khơng cần thiết lập đường truyền trước lạc với rs ve ni máy chủ gửi gói tin cho máy khác mà trước chưa liên ity IP cung cấp dịch vụ gửi liệu khơng đảm bảo (cịn gọi cố gắng cao nhất), nghĩa khơng đảm bảo gói liệu Gói liệu đến nơi mà khơng cịn ngun vẹn, đến khơng theo thứ tự (so với gói khác gửi hai máy nguồn đích đó), bị trùng lặp bị hoàn toàn Nếu phần mềm ứng dụng cần bảo đảm, cung cấp từ nơi khác, thường từ giao thức giao vận nằm phía IP 21 Các thiết bị định tuyến liên mạng chuyển tiếp gói tin IP qua mạng tầng liên kết liệu kết nối với Việc khơng có đảm bảo gửi liệu có nghĩa chuyển mạch gói có thiết kế đơn giản (Lưu ý mạng bỏ gói tin, làm đổi thứ tự làm hỏng nhiều gói tin, người dùng thấy hoạt động mạng trở nên Hầu hết thành phần mạng cố gắng tránh để xảy tình trạng Đó lý giao thức gọi cố gắng cao Tuy nhiên, lỗi xảy không thường xuyên hiệu đủ xấu đến mức người dùng nhận thấy được.) IP thông dụng mạng Internet công cộng ngày Giao thức tầng r Ba mạng thông dụng ngày IPv4; giao thức IP phiên IPv6 đề nghị IPv4: Internet hết dần địa IPv4, IPv4 sử dụng ia -V 32 bit để đánh địa (tạo khoảng tỷ địa chỉ); IPv6 dùng địa 128 bit, un cung cấp tối đa khoảng 3.4×1038 địa (xem IPv6 để biết thêm chi tiết) gt Các phiên từ đến bị hạn chế, không sử dụng Phiên au dùng làm giao thức dòng (stream) thử nghiệm Cịn có phiên khác, ve ni rộng rãi U chúng thường dành giao thức thử nghiệm không sử dụng rs Địa IP chia thành số giới hạn từ - 255 Mỗi số lưu ity byte - > IP có kích thước 4byte, chia thành lớp địa Có lớp A, B, C Nếu lớp A, ta có 16 triệu địa chỉ, lớp B có 65536 địa Ví dụ: Ở lớp B với 132.25, có tất địa từ 132.25.0.0 đến 132.25.255.255 Phần lớn địa lớp A llà sở hữu công ty hay tổ chức Một ISP thường sở hữu vài địa lớp B C Ví dụ: Nếu địa IP bạn 132.25.23.24 bạn xác định ISP bạn (có IP 132.25.x.) 22 Trên Internet địa IP người đại diện cho người đó, địa IP sử dụng máy tính khác để nhận biết máy tính kết nối chúng Đây lý bạn lại bị IRC cấm, cách người ta tìm IP bạn Địa IP dễ dàng phát ra, người ta lấy qua cách sau: • Bạn lướt qua trang web, IP bạn bị ghi lại • Trên IRC, có IP bạn • Trên ICQ, người biết IP bạn, chí bạn chọn ``do not ia r Ba show IP`` người ta lấy gt un kết nối đên họ -V • Nếu bạn kết nối với đó, họ gõ ``netstat –n ``, biết thể tóm IP bạn au • Nếu gửi cho bạn email với đoạn mã java tóm IP, họ có ni U rs tin IP tìm IP bạn ve • Có thể dùng phần mềm tcpdump hay wireshark để nhìn vào gói ity 23 Định tuyến địa IP Có lẽ khía cạnh phức tạp IP việc đánh địa định tuyến Đánh địa công việc cấp địa IP cho máy đầu cuối, với việc phân chia lập nhóm mạng địa IP Việc định tuyến IP thực tất máy chủ, đóng vai trị quan trọng thiết bị định tuyến liên mạng Các thiết bị thường sử dụng giao thức cổng (interior gateway protocol, viết tắt IGP) giao thức cổng (external gateway protocol, viết tắt EGP) để hỗ trợ việc đưa định chuyển tiếp gói tin IP (IP datagram) qua mạng kết nối với giao r Ba thức IP GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ia 3.1.1 Module ESP32 au gt un -V 3.1 Board điều khiển rs ve ni U ity Hình Module ESP 32 Kit RF thu phát wifi bluetooth ESP32 tích hợp anten RF, hoạt động tiết kiệm lượng, ổn định, chống nhiễu tốt, giải pháp chi phí thấp cho dự án với mạch sử dụng wifi 2.4Ghz bluethooth TSMC công nghệ 40nm lượng thấp 24 Thông số kỹ thuật: • Hiệu suất cao với giá thấp • Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp hệ thống • Bộ xử lý mạnh mẻ • Hổ trợ chế độ: AP, STA, AP+STA • Hổ trợ chương trình LUA, dễ dàng phát triển Ứng dụng: Sử dụng rộng rãi ứng dụng IoT: thiết bị thông minh nhà, giám sát điều khiển không dây… 3.2 Bộ nguồn au gt un -V ia r Ba 3.2.1 Nguồn 5V rs ve ni U ity Hình Bộ Nguồn Thơng số kỹ thuật: • Điện Áp Đầu Vào: AC 220V (Chân L N) • Điện Áp Đầu Ra: DC 5V (Chân dương V+, Chân Mass-GND: V-) • Điện áp điều chỉnh: (+) (-)10% 25 3.3 Relay Hình Mạch Relay Opto cách ly 5VDC r Ba Mạch Relay Opto cách ly 5VDC thích hợp với ứng dụng đóng ia -V ngắt tải AC DC, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp opto transistor un cách ly, kích đóng mức thấp (0VDC) phù hợp với loại MCU thiết dễ dàng au gt kế sử dụng nguồn giúp cho việc sử dụng trở nên thật linh động ni U Thông số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 5VDC • Tín hiệu kích: TTL 3.3~5VDC, mức thấp Low Relay đóng, mức cao High ity Relay ngắt rs ve • • Mỗi Relay tiêu thụ dịng khoảng 80mA • Điện đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A DC30V ~ 10A (Để an toàn nên dùng cho tải có cơng suất cảm biến Hall ==> xung vuông (từ NPN) Thông số kỹ thuật: • Nguồn: - 24V • Dịng tiêu thụ: < 10mA • Chịu áp lực đến: 1.75Mpa 27 • Lưu lượng đo: - 30 (L/min) • Nhiệt độ hoạt động: < 120 độ C • Độ ẩm: 35% - 90% RH • Kích thước: 61 x 36 x 34mm Lưu ý quan trọng: Không để nghiêng độ, lắp thẳng đứng nhiệt độ nước chảy qua 1,75Mpa Chính xác: [trong ~ 30L / phút] ± 10% Đặc tính xung dòng chảy: (6.6 * Q) Q = L / Min ± 3% Chu kỳ nhiệm vụ xung đầu ra: 50% ± 10% Phạm vi lưu lượng: 1-30L / phút 28 3.6 Van điện từ Hình 12 Van điện từ r Ba • Van điện từ - phi 27 dùng điện 220v đóng cắt nguồn điện ia -V cấp nguồn điện van mở cho nước chảy qua un • Van điện từ thường sử dụng hệ thống bơm nước điều gt khiển từ xa điều khiển tự động tắt mở kết hợp với hẹn au tắt mở nguồn điện BT00015, cảm biến độ ẩm, nhiệt độ hệ Broadlink SP3 BT00011 – ve ni U thống điều khiển tắt mở nguồn điện từ xa ổ cắm thông minh WIFI ity môi trường điều khiển tự động rs • Dựa vào đặt tính đóng mở điện van điện từ ứng dụng rộng rãi • Có thể kết hợp van điện từ với cơng tắc cảm ứng để làm hệ thống tự động có chuyển động người • Có thể ứng dụng van điện từ với công tắc hẹn để làm hệ thống tự động tưới tiêu theo định kỳ… • Đường kính ống ren 27 mm • Cuộn coil dạng đúc, kín nước giúp bạn an tồn sử dụng mơi trường nước • Chất liệu: đồng (thau) • Nhiệt độ mơi trường làm việc từ âm -5 ~ 80 C 29 • Áp suất chịu tối đa 7kg/cm2 • Trọng lượng 600 gram • Kích thước (Dài x Rộng x Cao, mm): 120 x 80 x 60 3.7 Module cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 Module cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 module cảm biến dùng để đo nhiệt độ, độ ẩm ứng dụng đo nhiệt độ, độ ẩm khác thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thơng qua giao tiếp wire (giao tiếp digital dây truyền liệu nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp cảm biến giúp bạn có liệu xác mà khơng phải qua tính toán au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 13 Module cảm biến độ ẩm nhiệt độ Thơng số kỹ thuật: DHT11 • Nguồn: -> VDC • Chuẩn giao tiếp: TTL, wire • Dịng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu) • Đo tốt độ ẩm: 20-80%RH với sai số: 5% • Đo tốt nhiệt độ: to 50°C sai số ±2°C • Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây lần) • Kích thước; 15mm x 12mm x 5.5mm • chân, khoảng cách chân: 0.1'' 30 3.8 Module cảm biến độ ẩm đất Hình 14 Module cảm biến độ ẩm đất Module cảm biến độ ẩm đất sử dụng cho ứng dụng nông nghiêp, tưới nước tự động cho vườn đất khô, dùng r Ba ứng dụng hệ thống nhà thông minh -V ia Module cảm biến độ ẩm đất gồm hai phần: • Đầu dị: Hai đầu đo đầu dị cắm vào đất để phát độ ẩm Dùng un dây nối cảm biến module chuyển đổi, độ ầm đất đạt ngưỡng thiết gt lập, đầu DO chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Thông tin độ au ni U ẩm đất đọc gởi tới module chuyển đổi • Module chuyển đổi: Module chuyển đổi có cấu tạo gồm IC so ve sánh LM393, biến trở, điện trở dán 100 ohm tụ dán Biến trở có chức rs định ngưỡng so sánh với tín hiệu độ ẩm đất đọc từ cảm biến Ngưỡng so ity sánh tín hiệu cảm biến đầu vào IC so sánh LM393 Khi độ ẩm thấp ngưỡng định trước, ngõ IC mức cao (1), ngược lại mức thấp (0) Thơng số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V • Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm • Ic so sánh: LM393 • VCC: 3.3V-5V • GND: 0V • DO: Đầu tín hiệu số (0 1) • AO: Đầu Analog (Tín hiệu tương tự) 31 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ GIỚI THIỆU Mơ hình mà nhóm thực mơ hình thực nghiệm, nên mơ hình thiết kế thi Cơng phải đáp ứng yêu cầu sau: • Hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm khơng khí độ ẩm đất • Điều khiển thiết bị ngoại vi hai hình thức: tay tự động r Ba • Mơ hình đạt ổn định tính xác cao ia -V • Phù hợp với điều kiện kinh tế un TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG au gt 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ve ni U rs Wifi ity Wifi 220v | 5v Khối Web Hình 15 Sơ đồ khối hệ thống Khối điều khiển trung tâm: khối điều khiển trung tâm sử dụng ESP32 có hiệu cao, dùng để điều khiển thiết bị khác hệ thống: • Điều khiển đọc liệu từ cảm biến • Truyền liệu lên web qua thiết bị trung gian 32 Khối cảm biến: bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm có tính xác cao, dùng để thu thập liệu nhiệt độ, đổ ẩm xung quanh đối tượng canh tác, từ đưa tín hiệu khối điều khiển trung tâm, so sánh với giá trị đặt trước, sau khối điều khiển trung tâm xử lý để phù hợp với yêu cầu giá trị đặt trước Khối hiển thị: Khối hiển thị sử dụng hình trực tiếp từ smartphone dùng để hiển thị số liệu đọc từ khối cảm biến Khối thiết bị ngoại vi: nhận tín hiệu từ khối điều khiển để hoạt động (thiết bị hoạt động dựa tín hiệu cảm biến, lập trình từ khối điều khiển) Web: Nhận liệu từ khối điều khiển trung tâm, hiển thị trạng thái hoạt động thiết bị ia r Ba thiết bị ngoại vi, giá trị đọc từ cảm biến điều khiển hoạt động Khối nguồn cung cấp: Khối nguồn cung cấp khối quan trọng giúp cung -V un cấp điện cho toàn hệ thống Vì cần tính tốn hợp lý để khối nguồn 2.2 Tính tốn thiết kế mạch au gt cung cấp đủ dòng áp để mạch hoạt động tốt ổn định U 2.2.1 Khối điều khiển trung tâm ve ni Hiện thị trường có nhiều dịng vi điều khiển khác PIC,AVR, 8051, Raspberry, Arduino, ESP8266, ESP32 … Tất đáp rs Được sản xuất mới, nhiều chức ity ứng yêu cầu đặt nhóm chọn ESP32 có ưu điểm sau: Giá thành rẻ, dễ sử dụng Kích thước nhỏ gọn Là dòng vi điều khiển mã nguồn mở, có nhiều thư viện hổ trợ cho module chức khác nhau, trình biên dịch đơn giản 33 2.2.2 Khối cảm biến • Module Cảm biến độ ẩm đất: Cảm biến phát độ ẩm đất, bình thường đầu mức thấp, đất thiếu nước đầu mức cao Module sử dụng để tưới nước tự động Độ nhạy cảm biến độ ẩm đất điều chỉnh (Bằng cách điều chỉnh biến trở màu xanh board mạch) Phần đầu dò cắm vào đất để phát độ ẩm, độ ầm đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu DO chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Thơng số kỹ thuật: • Điện áp làm việc: 3.3V ~ 5V r Ba • Có lỗ cố định để lắp đặt thuận tiện ia • PCB có kích thước nhỏ 3.2 x 1.4 cm un -V • Sử dụng chip LM393 để so sánh, ổn định làm việc Đầu kết nối sừ dụng dây au gt VC 3.3V ~ 5V GND nguồn ngồi DDO Đầu tín hiệu số (mức cao mức thấp) AO Đầu tín hiệu tương tự (Analog) rs ve ni U CGN ity • Module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11: Cảm biến độ ẩm nhiệt độ cảm biến thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp wire (giao tiếp digital dây truyền liệu nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp cảm biến giúp bạn có liệu xác mà khơng phải qua tính tốn Thơng số kỹ thuật: • Nguồn: -> VDC • Dịng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu) • Đo tốt độ ẩm: 2080%RH với sai số 5% • Đo tốt nhiệt độ: to 50°C sai số ±2°C • Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây lần) 34 • Kích thước: 15mm x 12mm x 5.5mm • chân, khoảng cách chân 0.1'' • Module ESP32 Module ESP32 với thiết kế dễ sử dụng đặc biệt sử dụng trực tiếp trình biên dịch Arduino để lập trình nạp code, điều khiến việc sử dụng lập trình ứng dụng ESP32 trở nên đơn giản Module ESP32 dùng cho ứng dụng cần kết nối, thu thập liệui, đặc biệt ứng dụng liên quan đến IoT 2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 16 Nguyên lý hoạt động 35 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG GIỚI THIỆU Sau thời gian nghiên cứu, nhóm hồn thiện sản phẩm đáp ứng yêu cầu đưa Các khối chức hoạt động đồng với Kết sau chu trình hoạt động mơ hình giúp ta điều khiển thiết bị ngoại vi, thực hoạt động chăm sóc đối tượng canh tác hiển thị thơng số lấy từ cảm biến lên hình APP, WEB để giúp người dùng dễ dàng quản lí r Ba THI CÔNG HỆ THỐNG au gt un -V ia 2.1 Q TRÌNH THỰC HIỆN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG rs ve ni U ity Hình 17 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) 36 Đường ống dẫn nước để tưới nước hai bên luống rau r Ba au gt un -V ia Hình 18 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) rs ve ni U ity Hình 19 Hệ thống phun nước 37 au gt un -V ia r Ba Hình 20 Hộp chứa nước rs ve ni U ity Hình 21 Hộp chứa nước Hộp chưa nước phân Phía bên trái hộp motor bơm nước, phía bên phải gồm motor bơm phân cảm biến lưu lượng 38 au gt un -V ia r Ba Hình 22 Kết nối với thiết bị điện rs ve ni U ity Hình 23 Tổng quan mơ hình từ 39 un -V ia r Ba au gt Hình 24 Tổng quan mơ hình từ sau rs ve ni U ity Hình 25 Tổng quan mơ hình từ trước Sử dụng miếng dán trang trí mơ hình gọn gàng, tăng tính thẫm mĩ 40 Hình 26 Tổng quan mơ hình bên cạnh au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 27 Tổng quan mơ hình Trang bị hệ thống đèn để dễ dàng quan sát nhu cầu sử dụng mơ hình vào ban đêm 41 gt un -V ia r Ba Hình 28 Tổng quan mơ hình au rs ve ni U ity Hình 29 Tổng quan mơ hình hồn thiện kết nối với ap 42 2.2 Q TRÌNH THỰC HIỆN MƠ HÌNH THỰC TẾ Hình 30 Kết nối đường ống dẫn nước au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 31 Đầu phun nước Sử dụng để tưới nước đều, mịn cho trồng 43 au gt un -V ia r Ba Hình 32 Thùng chứa phân rs ve ni U ity Hình 33 Van chiều, van điện từ van nước 44 au gt un -V ia r Ba Hình 34 Cảm biến lưu lượng rs ve ni U ity Hình 35 Hộp đựng thiết bị điện (nguồn, chip, relay) 45 Hình 36 Motor bơm nước au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 37 Lắp đặt 46 au gt un -V ia r Ba ve ni U rs Hình 38 Kết nối với bơm phân ity 47 au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 39 Tổng quan mơ hình 48 -V ia r Ba au gt un Hình 40 Tổng quan mơ hình rs ve ni U ity 49 2.3 THI CÔNG BO MẠCH un -V ia r Ba au gt Hình 41 Tổng quan mơ hình rs ve ni U ity Hình 42 Lắp đặt cơng tắc 50 au gt un -V ia r Ba ni U rs ve Hình 43 Đi dây, lắp đặt thiết bị điện ity Hình 44 Đi dây, kết nối thiết bị điện 51 2.4 KIỂM TRA VÀ VẬN HÀNH THỬ gt un -V ia r Ba Hình 45 Mơ hình hoạt động au rs ve ni U ity Hình 46 Mơ hình hoạt động 52 un -V ia r Ba au gt Hình 47 Mơ hình hoạt động rs ve ni U ity 53 un -V ia r Ba au gt Hình 48 Mơ hình hoạt động rs ve ni U ity Hình 49 Mơ hình hoạt động kết nối với app Điều khiển giám sát trực tiếp web 54 au gt un -V ia r Ba rs ve ni U ity Hình 50 Mơ hình hoạt động Motor bơm nước bơm phân hoạt động ổn định Hệ thống nước phun 55 2.5 LẬP TRÌNH 2.5.1 Phần mềm lập trình Chương trình lập trình phần mềm Arduino: − Cài đặt Java Runtime Environment (JRE) Vì Arduino IDE viết Java nên bạn cần phải cài đặt JRE trước Arduino IDE Link tải: http://www.oracle.com/technetwork/ja r Ba Chú ý: Nhiều bạn không cài JRE máy nên thường hay gặp phải tình trạng ia un -V khơng chạy Arduino IDE JRE phổ biến dành cho Windows 32bit (x86) Windows gt 64bit (x64) đánh dấu hình Nhớ chọn "Accept License au Agreement" rs ve ni U ity Hình 51 Cài đặt Arduino IDE Bước 1: Truy cập địa http://arduino.cc/en/Main/Software/ Đây nơi lưu trữ cập nhật IDE Arduino Bấm vào mục “Windows ZIP file for non admin install” 56 Hình 52 Các bước cài đặt phần mền Arduino r Ba Bạn chuyển đến trang mời quyền góp tiền để phát triển phần au gt un -V ia mềm cho Arduino, tiếp tục bấm JUST DOWNLOAD để bắt đầu tải rs ve ni U ity Hình 53 Các bước cài đặt phần mền Arduino Bước 2: Sau download xong, bạn bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.8.12-windows.zip chọn “Extract here” để giải nén Bước 3: Copy thư mục arduino-1.8.12 vừa giải nén đến nơi lưu trữ Bước 4: Chạy file thư mục arduino-1.8.12\ để khởi động Arduino IDE 57 au gt un -V ia r Ba rs − Cài đặt Driver ve ni U Hình 54 Các bước cài đặt phần mền Arduino ity Để máy tính bạn board Arduino giao tiếp với nhau, cần phải cài đặt driver trước tiên Nếu bạn dùng Windows 8, số trường hợp Windows không cho phép bạn cài Arduino driver (do driver không kí chữ kí số hợp lệ) Do bạn cần vào Windows chế độ Disable driver signature enforcement cài driver Đầu tiên, bạn chạy file arduino-1.8.12\drivers\dpinst-x86.exe (Windows x86) arduino-1.8.12\drivers\dpinst-amd64.exe (Windows x64) Cửa sổ “Device Driver Installation Wizard” ra, bạn chọn Next để tiếp tục 58 r Ba Hình 55 Các bước cài đặt phần mền Arduino au gt un -V ia Khi có yêu cầu xác nhận cài đặt driver, chọn “Install” rs ve ni U ity Hình 56 Các bước cài đặt phần mền Arduino Đợi khoảng 10 giây lúc trình cài đặt diễn … 59 r Ba Hình 57 Các bước cài đặt phần mền Arduino ia Q trình cài đặt hồn tất Bấm “Finish” để thoát au gt un -V rs ve ni U ity Hình 58 Các bước cài đặt phần mền Arduino 60 2.5.2 Code chương trình sử dụng -#define ESP32 #include #include #define led #define Setup #include "FileManager.h" #include "EepromFuntion.h" #include "Define.h" r Ba #include "Webpage.h" #include "GetAPI.h" ia -V #include "Funtion.h" un #include "AutoProcess.h" au gt uint8_t count2=0,wificonf=0,lastMin=0,lastDay=0; bool intteruptDisable=1,intteruptDisable2=1; ity uint8_t staticIP[4]={192,168,1,252}; rs bool dhcp; ve ni String password = ""; U String ssid = ""; uint8_t gateway[4]={192,168,1,1}; uint8_t subnet[4]={255,255,255,0}; IPAddress dns1(8,8,8,8); IPAddress dns2(8,8,4,4); uint16_t localPort=80; WiFiServer server(localPort);//539840836 hw_timer_t * timer = NULL; //create a hardware timer void IRAM_ATTR onTimer(){ //timer interrupt if(intteruptDisable)return; 61 if(intteruptDisable2)return; if(++timerCount=60){ -V ia onlineSec=0; if(++onlineHour>=24){ au gt onlineMin=0; un if(++onlineMin>=60){ ni U onlineHour=0; ity } rs } ve incDate(&onlineDay,&onlineMonth,&onlineYear); } Serial.println(String(onlineHour)+':' +String(onlineMin)); if(++count2>=240)count2=0; } void setup(){ Serial.begin(115200); pinMode(led,OUTPUT);digitalWrite(led,0); pinMode(Setup, INPUT_PULLUP); Serial2.begin(9600); if(!EEPROM.begin(EepromSize))Serial.println("failed to initialise 62 EEPROM"); Serial.println("initialise EEPROM OK"); if(!SPIFFS.begin(true))Serial.println("An Error has occurred while mounting SPIFFS"); SystemInit(); wificonf=digitalRead(Setup); if(wificonf)checkWifi(); else wifiConfig(); //getDateTime(); PlantingProcessInit(); r Ba // Use 1st timer of 4; tick ia -V take 1/(80MHZ/80) = 1us so we set divider 80 and count up au gt to our timer //Attach onTimer function un timer=timerBegin(0,80,true); timerAttachInterrupt(timer,&onTimer,true); //Set alarm to call ity timerAlarmEnable(timer); //Start an alarm 10000 rs timerAlarmWrite(timer,10000,true); ve Repeat the alarm (third parameter) ni U onTimer function every second tick is 1us=> second is 1000000us *//* // } //===================================================== void loop(){ if(wificonf)checkWifi(); httpProcess(); if(stateUpdate){PlantingProcessRun();stateUpdate=0;} if(count2%60==5){count2++;readDHT();}//getDateTime(); if((count2%60==25)&&(onlineMin%3==0)){getWeather();count2++;} 63 if((count2%60==25)&&(onlineMin%3==1)){getForecastHourly();count2++;} if((count2%60==25)&&(onlineMin%3==2)){getForecastDaily();count2++;} } //===================================================== void SystemInit(){ uint8_t i; readFile("/Setting.txt",dataBuffer); deserializeJson(document,dataBuffer); r Ba JsonObject documentRoot = document.as(); String sid = documentRoot["WifiName"];ssid=sid; ia -V Serial.println(ssid); Serial.println(password); au gt un String pass = documentRoot["WifiPass"];password=pass; dhcp=documentRoot["DHCP"]; ve Serial.println((IPAddress)(staticIP)); ni U for(i=0;i3){if(requestBody[i-3]=='\n'&&requestBody[i- ity if(len==0 && client.available()>0){delay(30);len=client.available();} } if(type==0)requestURI[i]=0;else requestBody[i]=0; } if(httpMethod==GETT) Serial.print(httpCount+String(" GET:")); else if(httpMethod==POSTT)Serial.print(httpCount+String(" POST:")); else if(httpMethod==HEAD)Serial.print(httpCount+String(" HEAD:")); else Serial.print(httpCount+String(" UNKNOWN:")); Serial.println(requestURI); if(i){Serial.print(String("requestBody:"));Serial.println(requestBody);} if(httpMethod==GETT){ 67 httpGET(requestURI); if(!imagelen)client.println(dataBuffer); else{short r=0;while(imagelen){client.write(dataBuffer[r++]);imagelen ;}} } else if(httpMethod==POSTT){httpPOST(requestURI,requestBody);client.println(d ataBuffer);} client.stop(); digitalWrite(led,0); ia r Ba } AutoProcess_h #define AutoProcess_h #include "Adafruit_Sensor.h" ity uint16_t temp=315,humi=65; rs #define DHTPIN 19 ve #define flowSensorPin 18 ni U #include au #include "DHT.h" gt un -V #ifndef DHT dht(DHTPIN,DHT11); #define waterPump 25 #define manurePump 26 #define Lamp 27 #define On #define Off #define flowmeterCalib 75 //750xung/l/s volatile uint8_t humiRequite=0,pumpMode; volatile uint16_t waterPumpDelay=0,manurePumpDelay=0; bool waterPumpOn,manurePumpOn,lampOn,stateUpdate; 68 volatile uint16_t flowmeterCount=0,flowRateCount,flowRate=0,pumpOnTime,flowOnLitre; extern uint8_t lastMin,lastDay; struct SelectType{ uint8_t type; char name[64]; uint8_t cycle; uint8_t day; uint8_t month; uint8_t year; }; rs ity uint8_t minute; ve uint8_t hour; ni uint8_t idx; U struct ProcessType{ au }; gt uint8_t minute; un uint8_t hour; -V struct TimeType{ ia r Ba uint8_t lastidx; uint8_t day; uint8_t month; uint8_t year; uint8_t water; uint8_t manure; uint8_t humi; }; struct DailyProcessType{ uint8_t state; uint8_t hour; 69 uint8_t minute; uint8_t water; //phut uint16_t wstate; //sec uint8_t manure; //lit uint16_t mstate; //lit*100 uint8_t humi; uint8_t hstate; }; #define pProcessMax 300 #define dailyProcessMax 20 r Ba struct ProcessType pProcess[pProcessMax]; struct DailyProcessType dailyProcess[dailyProcessMax]; ia -V struct SelectType startDate; un struct SelectType selectedProcess; flowmeterCount++; } ity float t = dht.readTemperature(); rs void readDHT(){ ve ni U flowRateCount++; au gt void IRAM_ATTR flowmeterCounter(){ if(isnan(t))Serial.println("Failed to read temp from DHT sensor!"); else {Serial.println(t);temp=uint16_t(round(t*10));} float h = dht.readHumidity(); if(isnan(h))Serial.println("Failed to read humi from DHT sensor!"); else{Serial.println(h);humi=uint16_t(round(h));} } void incDate(uint8_t *dd,uint8_t *mm,uint8_t *yy){ uint8_t day=*dd,month=*mm,year=*yy; day++; if(month==2){ 70 if(year%4){if(day>28){day=1;month++;}} else if(day>29){day=1;month++;} } else if((month==4||month==6||month==9||month==11)&&(day>30)){day=1;mo nth++;} else if(day>31){day=1;month++;} if(month>12){month=1;year++;} *dd=day;*mm=month;*yy=year; } r Ba void StartPlantingProcess(struct SelectType *ptr){ char buff[2000],temp[20],times[10]; day,month,year,startyear=ptr->year,startday=ptr- un uint8_t -V ia uint8_t i,j,idx=0,d; intteruptDisable=1; au gt >day,startmonth=ptr->month; ni U if(ptr->type==2)readFile("/Process2.txt",buff); ity intteruptDisable=0; rs else readFile("/Process1.txt",buff); ve else if(ptr->type==3)readFile("/Process3.txt",buff); deserializeJson(document,buff); JsonObject docRoot= document.as(); day=startday-1; month=startmonth,year=startyear; for(i=1;iname); ptr->cycle=docRoot["Day"]; for(j=0;j=docRoot["Action"][j]["startDay"] && 71 ilastidx=idx;return;} } ity while(idxlastidx){ rs idx=0; ve ptr->lastidx=idx; ni U } for(i=idx+1;ilastidx;i++){ if(pProcess[idx].day!=pProcess[i].day)break; if(pProcess[idx].month!=pProcess[i].month)break; if(pProcess[idx].year!=pProcess[i].year)break; if(pProcess[idx].hour