Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa thông qua điện thoại là hệ thống thiết bị phụ trợ tốt nhất đáp ứng theo nhu cầu sinh trưởng của cây trồng, đang được ứng dụng rộng trên các nước đang phát triển. Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa là một hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công, vốn đã được phát triển ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây, việc tận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng. Hệ thống tưới nước trên cũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa, công nghiệp hóa nông thôn nhưng chưa dám mạnh dạng đưa vào sử dụng vì chi phí cao.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN CHỦ ĐỀ IOT TRONG NÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG DỰA TRÊN ĐỘ ẨM ĐẤT VÀ THEO DÕI TỪ XA THÔNG QUA APP BLYNK Hà Nội 2022 Bài tập Kiến trúc giao thức IoT LỜI NĨI ĐẦU Nền nơng nghiệp nước ta có bước phát triển chưa có nhiều ứng dụng khoa học kỹ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan, không đảm bảo yêu cầu Có thể nói nơng học, ngồi kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước tăng thời gian quang hợp khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học trồng không chịu sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt suất hiệu cao Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa thông qua điện thoại hệ thống thiết bị phụ trợ tốt đáp ứng theo nhu cầu sinh trưởng trồng, ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng, vốn phát triển nhiều nước giới Tuy nhiên, Việt Nam vài ba năm trở lại đây, việc tận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn với q trình đại hóa, cơng nghiệp hóa nông thôn chưa dám mạnh dạng đưa vào sử dụng chi phí cao Nắm bắt nhu cầu cấp thiết mong muốn góp chút cơng sức làm giảm bớt gánh nặng cho người làm nơng, nhóm định chọn: “Xây dựng hệ thống tưới tự động dựa độ ẩm đất theo dõi từ xa thông qua ứng dụng Blynk” để làm đề tài báo cáo nhóm Bài tập Kiến trúc giao thức IoT Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU THIỆU TỔNG QUAN VỀ IOT 1.2 MỤC TIÊU Ý TƯỞNG ĐỀ TÀI 1.3 YÊU CẦU CHỨC NĂNG 1.4 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống 1.4.2 Nguyên lý hoạt động 1.5 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 1.5.1 Mạch thu phát Wifi ESP8266 ESP-12F 1.5.2 Thông số kĩ thuật 1.5.3 Sơ đồ chân .8 1.5.4 Cảm biến độ ẩm .9 1.5.5 Cảm biến nhiệt độ-độ ẩm DHT11 10 1.5.6 Module relay kênh 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 2.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN: 13 2.2 TỔNG QUAN VỀ PROJECT TRONG ARDUINO VÀ CÁCH KẾT NỐI VỚI ESP8266 .13 2.3 THIẾT KẾ ỨNG DỤNG TRÊN WEB 16 2.3.1 Giới thiệu ứng dụng Blynk 16 2.3.2 Lập bảng liệu Blynk 17 2.2.3 Biểu diễn nút chức 20 2.2.4 Viết code chương trình điều khiển .25 2.2.5 Hoạt động hệ thống 28 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28 3.1 KẾT LUẬN 28 3.2 ĐỀ XUÂT HƯỚNG PHÁT TRIỂN 29 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Bài tập Kiến trúc giao thức IoT 1.1 Giới thiệu thiệu tổng quan IoT nông nghiệp Hiện nay, mà công nghệ IoT phát triển áp dụng vào đời sống người, giúp cải thiện nhiều chất lượng sống nhiều lĩnh vực khác IoT nông nghiệp, công nghiệp hay đời sống xã hội nhà thông minh, giao thơng thơng minh, việc phát triển ứng dụng sản phẩm dựa cảm biến sử dụng nhiều IoT (Internet of Things) nông nghiệp sử dụng để giúp nâng cao hiệu sản xuất quản lý tài nguyên lĩnh vực nông nghiệp Các thiết bị IoT sử dụng để thu thập liệu thời tiết, đất đai, trồng động vật để giúp nhà nông đưa định tốt nâng cao sản lượng Các ứng dụng IoT nông nghiệp bao gồm: Theo dõi điều khiển tưới nước: IoT giúp nhà nông theo dõi độ ẩm đất, lượng mưa, lượng nước đất để điều chỉnh tưới nước cách xác tiết kiệm nước Theo dõi quản lý sức khỏe trồng: Các cảm biến IoT sử dụng để theo dõi sức khỏe trồng bao gồm đo lượng nước, độ ẩm, nhiệt độ ánh sáng Nhờ đó, nhà nơng theo dõi tình trạng sức khỏe đưa phương pháp chăm sóc tốt để tăng suất Theo dõi quản lý đàn gia súc: Các thiết bị IoT sử dụng để giám sát sức khỏe hoạt động đàn gia súc Ví dụ: Các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, độ rung nhà chăn nuôi để giúp nhà nông phát sớm vấn đề sức khỏe gia súc Dự báo thời tiết: IoT sử dụng để thu thập liệu thời tiết từ cảm biến để đưa dự báo thời tiết xác giúp nhà nông chuẩn bị tốt cho hoạt động nông nghiệp Sử dụng IoT nông nghiệp giúp tăng suất, tiết kiệm tài nguyên giảm thiểu tác động tiêu cực đến mơi trường Nó giúp cho quản lý nông nghiệp trở nên dễ dàng hiệu 1.2 Mục tiêu ý tưởng đề tài Bài tập Kiến trúc giao thức IoT Dựa vào tập lần chúng em làm chủ đề nông nghiệp thông minh Ngày biết nhu cầu sử dụng nước lớn tồn cầu, mối quan tâm lớn mà nước cần thiết để phục vụ cho nhiều thứ sinh hoạt, công nghiệp nông nghiệp Nước sử dụng cho việc trồng trọt tưới tiêu nhiều nhà nghiên cứu tạo nhiều hệ thống dựa mạch vi điều khiển mã nguồn mở Arduino, ESP8266 Mạch Arduino, ESP8266 sử dụng thuận tiện dễ dàng kết nối, gửi thông báo hệ thống IoT kết hợp thuận tiện tảng di động để tạo ứng dụng điều khiển thông minh từ xa Với mong muốn giúp tiết kiệm sử dụng nước hiệu quả, nhóm em làm sản phẩm hệ thống tưới tự động, hệ thống hoạt động dựa nhiệt độ độ ẩm môi trường xung quanh thông qua cảm biến độ ẩm nhiệt độ để xác định thời điểm cần tưới nước tưới thông minh tùy thuộc loại trồng Bên cạnh hệ thống thị q trình tưới thơng số độ ẩm nhiệt độ thông qua hệ thống thông tin truyền thông app di động 1.3 Yêu cầu chức Đặc tả hoạt động: Hệ thống sử dụng kết nối wifi làm nhiệm vụ vận chuyển tín hiệu từ Web/App android điều khiển tới module wifi hệ thống máy nước tự động điện thoại module wifi hệ thống máy nước cần connect chung router wifi Hệ thống giúp người sử dụng nhận tương tác trực tiếp tới khu vườn canh tác với gửi tín hiệu đo độ ẩm đất liên tục từ cảm biến đo độ ẩm tới ứng dụng android sử dụng để người sử dụng biết Được định mức hạn hán hay ẩm đất khu vực đó, từ đưa định vịi nước, bơm nước, lệnh cho máy bơm xả theo yêu cầu người sử dụng muốn đặt Bài tập Kiến trúc giao thức IoT Chức hệ thống: Gửi thông tin liên hệ ẩm đất theo % Web Ứng dụng điều khiển người sử dụng Có hai chế độ quay: Máy thủ công: Web/App hiển thị hai nút Bật Tắt để người dùng chủ động vịi nước tắt máy bơm nước theo tình hình thực tế Bộ tự động: Trên Web/App, nhấp/bấm nút Tự động sau người sử dụng đặt độ ẩm hai nút mũi tên hướng lên để độ ẩm giảm xuống thấp mức hệ thống tự động bật máy Máy bơm nước độ ẩm đất với độ ẩm tối đa thiết lập sau tắt máy - Giao diện web đơn giản tiếp cận dễ dàng sử dụng nắm bắt với đa số người dùng Ứng dụng android tương thích với hệ thống kích thước hình điện thoại khác Server active ổn định Hệ thống máy tính hoạt động trơn tru, xác nhận lệnh từ ứng dụng 1.4 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động hệ thống 1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống 1.4.2 Nguyên lý hoạt động Mode Auto Bài tập Kiến trúc giao thức IoT - Cảm biến thu tín hiệu độ ẩm chân A0 NodeMCU => Hiển thị Blynk thông qua Value Display(V1) - Sau gửi tín hiệu NodeMCU để thực thi lệnh ràng buộc Mode manual - Điều khiển đóng tắt replay thơng qua BlinkApp button(V9) - Bật: Xuất tín hiệu HIGH chân D2 NodeMCU để đóng replay mở máy bơm - Tắt: Xuất tín hiệu LOW chân D2 NodeMCU để đóng replay tắt máy bơm 1.5 Giới thiệu phần cứng Với sở lý thuyết ta lựa chọn thiết bị phần cứng phù hợp cho sản phẩm: 1.5.1 Mạch thu phát Wifi ESP8266 ESP-12F Mơ tả Kít ESP8266 kít phát triển dựa chíp Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ dàng sửa dụng tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 borad Bên ESP8266 có sẵn lõi vi sử lý bạn trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà khơng cần thêm vi sử lý Hiện có hai ngơn ngữ lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE Arduino để lập trình với thư viện riêng sử dụng phần mềm node MCU Hình 2: Module wifi ESP8266 1.5.2 Thông số kĩ thuật - Chip: ESP8266EX Bài tập Kiến trúc giao thức IoT - WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động: 3.3V Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB Số chân I/O: 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0) Số chân Analog Input: (điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash: 4MB Giao tiếp: Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP Lập trình ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua Bài tập Kiến trúc giao thức IoT 1.5.3 Sơ đồ chân Hình 3: Sơ đồ chân ESP8266 10 Bài tập Kiến trúc giao thức IoT Hình 9: Include thư viện Chọn main board Hình 10: Chọn main board 2.3 Thiết kế ứng dụng web 2.3.1 Giới thiệu ứng dụng Blynk Blynk ứng dụng chạy tảng iOS Android để điều khiển giám sát thiết bị thông qua internet Blynk không bị ràng buộc với phần cứng cụ thể cả, thay vào đó, hỗ trợ phần cứng cho bạn lựa chọn Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 nhiều module phần cứng phổ biến khác Những lý nên sử dụng Blynk: 19 Bài tập Kiến trúc giao thức IoT Dễ sử dụng: việc cài đặt ứng dụng đăng ký tài khoản điện thoại đơn giản cho IOS Android Chức phong phú: Blynk hỗ trợ nhiều chức với giao diện đẹp thân thiện, bạn việc kéo thả đối tượng sử dụng Khơng phải lập trình ứng dụng: bạn khơng có kiến thức lập trình app cho Android IOS Blynk ứng dụng tuyệt vời để giúp bạn khám phá giới IOTs Điều khiển, giám sát thiết bị đâu thơng qua internet với khả đồng hóa trạng thái thiết bị 2.3.2 Lập bảng liệu Blynk Chức Switch bật tắt máy bơm (V1) Trên Blynk app Virtual Widget pin V1 Button / Switch Chức Tắt/bật chế dộ hoạt động máy bơm Trên NodeMCU Chân Code NodeMCU kết nối int previous_chedo_hoatdong = -1; BLYNK_WRITE(V1){ int new_chedo_hoatdong = param.asInt(); if (new_chedo_hoatdong != previous_chedo_hoatdong) { Serial.print("chedo_hoatdong: "); Serial.println(new_chedo_hoatdong); previous_chedo_hoatdong = new_chedo_hoatdong; } } //Chế độ hoạt động bấm nút if(previous_chedo_tudong==0){ if(previous_chedo_hoatdong==1){ //delay(1000); Serial.println("Mở"); digitalWrite(pumpPin, HIGH); } else { Serial.println("Đóng"); digitalWrite(pumpPin, LOW);} } } 20