TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU
Trong xã hội hiện đại, công nghệ điều khiển tự động và tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như khoa học kỹ thuật, nông nghiệp và công nghiệp Sự phát triển của công nghệ đã nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất, đồng thời giảm nguy cơ tai nạn lao động và tiết kiệm chi phí Cần áp dụng hiệu quả các kỹ thuật điều khiển tự động và phát triển giải pháp sáng tạo để góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật và đất nước.
Sự phát triển và thịnh hành của IoT đang trở thành một trong những xu hướng nổi bật trong thời đại số, với công nghệ và thiết bị di động thông minh mang lại nhiều tiện ích cho con người qua hệ thống tự động hóa Ngành nông nghiệp Việt Nam, vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế, đã đạt được tiến bộ đáng kể nhờ vào sự ứng dụng của IoT Công nghệ này không chỉ thúc đẩy các chiến lược mới mà còn tăng năng suất, hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và nâng cao thu nhập cho người nông dân.
Trong việc xây dựng khu vườn rau đạt tiêu chuẩn, cần xem xét các yếu tố quan trọng như địa hình, địa chất, nguồn nước, giống cây, chất lượng đất, độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao và an toàn Các mô hình vườn rau thông minh sử dụng công nghệ cao như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh sáng, hệ thống tưới tự động và giám sát từ xa Dữ liệu thu thập từ các thiết bị này được phân tích bởi phần mềm chuyên dụng, giúp nhà vườn có cái nhìn toàn diện về tình trạng và hiệu suất vườn rau Sự phát triển của IoT thực sự đang nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam.
Mô hình vườn rau thông minh đạt chuẩn giúp nhà vườn quản lý và giám sát hoạt động hiệu quả, tiết kiệm chi phí Sản phẩm từ mô hình này đảm bảo chất lượng và an toàn, đáp ứng nhu cầu thị trường và người tiêu dùng Nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH VƯỜN RAU THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LORA” bắt nguồn từ nhu cầu thực tế Mô hình được thiết kế với hệ thống điều khiển và giám sát, giúp tối ưu hóa quy trình trồng trọt.
2 phí.thuê mướn nhân công, tiết kiệm thời gian, dễ dàng quản lý chăm.sóc.nhưng.vẫn đạt.được.hiệu.quả.cao.
TÍNH CẤP THIẾP CỦA ĐỀ TÀI
Thiết kế mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa là rất cần thiết trong bối cảnh nông nghiệp Việt Nam vẫn phụ thuộc vào khí hậu tự nhiên Việc kiểm soát các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và độ pH trong đất trở nên quan trọng, đặc biệt khi khí hậu ngày càng biến đổi thất thường Công nghệ truyền nhận không dây LoRa, cùng với cảm biến và hệ thống điều khiển phun sương, tưới nước tự động, sẽ giúp nhà vườn xử lý kịp thời và chính xác các tình trạng bất lợi, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất và giảm chi phí.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài "Thiết kế và thi công mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa", sử dụng module ESP32 để truyền nhận dữ liệu không dây Công nghệ LoRa cho phép truyền dữ liệu với khoảng cách lên đến hàng chục km trong điều kiện lý tưởng, mang lại tiềm năng lớn cho việc quản lý vườn rau thông minh.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu các loại nhà vườn hiện đang được nông dân áp dụng nhằm thiết kế và thi công mô hình vườn trồng rau hiệu quả Mục tiêu là phát triển mô hình có khả năng ứng dụng cao trong thực tế, đảm bảo đạt kết quả tốt nhất cho việc trồng trọt.
• Hệ thống thu thập được từ các giá trị từ những cảm biến Các thông số về nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí, ánh sáng, …
• Tìm hiểu các giao tiếp truyền nhận không dây của công nghệ LoRa với module ESP32
Dữ liệu từ các cảm biến được truyền qua tín hiệu LoRa và hiển thị trên màn hình LCD Ngoài ra, dữ liệu này cũng được xuất lên Web, cho phép người dùng giám sát và điều khiển thiết bị thông qua ứng dụng đã được lập trình và đồng bộ với Web.
• Sử dụng phương pháp nghiên cứu các ứng dụng IoT để thực hiện đề tài.
NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu cấu trúc phần cứng và nguyên tắc hoạt động của module ESP32, cùng với tính năng giao tiếp không dây qua công nghệ LoRa, là bước quan trọng Bên cạnh đó, việc tìm hiểu cách điều khiển động cơ và các cảm biến cũng đóng vai trò thiết yếu trong ứng dụng công nghệ này.
Explore web programming, develop applications using MIT Inventor, and gain insights into programming languages Learn to create interfaces with Visual Studio Code and Arduino IDE, and design and print PCB circuits using Proteus.
• Tìm hiểu và xây dựng cơ sở dữ liệu trên Firebase.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• Module thu phát tín hiệu LoRa SX1278
• Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm trong không khí DHT11
• Module cảm biến ánh sáng
• Module cảm biến độ ẩm đất
• Động cơ bơm nước, phun sương và Relay
• Lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C trên trình biên dịch Arduino IDE
• Thiết kế giao diện Web trên Visual Studio Code, HTML
• Thiết kế giao diện App trên phần mềm MIT Inventor
• Đưa dữ liệu các cảm biến lên Firebase
• Thiết kế sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch in trên Proteus 8.12 Professional
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài thực hiện và dừng lại ở mức độ, thiết kế và thi công mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa bao gồm:
• Thi công hệ thống mô hình có kích thước dài, rộng, cao là 70 x 40 x 45 cm nguyên vật liệu bằng khung sắt, nilong, ống nhựa và giấy formex
• Module ESP32 giao tiếp thông qua truyền không dây thu phát từ tín hiệu LoRa
• Web và App dùng để giám sát thông số cảm biến và điều khiển các thiết bị
• Toàn bộ hệ thống hoạt động được khi có nguồn điện cấp vào và không có nguồn dự phòng
• Nguồn điện cung cấp cho các động cơ hoạt động có giá trị: 12V 5A.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nhóm đã tiến hành nghiên cứu nguyên tắc hoạt động của các module, giao tiếp với công nghệ LoRa và cảm biến để thực hiện đề tài này.
Nhóm phát triển sử dụng ngôn ngữ lập trình C, CSS và HTML để nhận dữ liệu qua Internet và đồng bộ hóa với Web và App Đồng thời, họ áp dụng các phần mềm để thiết kế giao diện, phát triển chương trình điều khiển và mô phỏng phần cứng.
BỐ CỤC
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LOẠI RAU
Trong thế giới ẩm thực phong phú, rau tươi như cải, salad và rau muống không chỉ mang lại hương vị đa dạng mà còn cung cấp nhiều chất dinh dưỡng quan trọng cho sức khỏe Rau muống, một loại rau lá phổ biến trong ẩm thực Việt Nam, nổi bật với hương vị đặc trưng và giá trị dinh dưỡng cao, giúp tăng cường hệ miễn dịch, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, hỗ trợ tiêu hóa và duy trì sức khỏe da tóc Với khí hậu nhiệt đới, ẩm ướt và mưa nhiều, Việt Nam là nơi lý tưởng cho việc trồng rau muống, khiến nó trở thành lựa chọn hoàn hảo cho vườn rau thông minh Rau muống không chỉ được yêu thích vì hương vị thơm ngon mà còn vì tính dễ trồng, phù hợp với điều kiện môi trường địa phương.
2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rau muống a Yếu tố nhiệt độ
Cây rau muống phát triển tốt nhất trong điều kiện nhiệt độ ấm áp đến mát mẻ Các yếu tố nhiệt độ dưới đây xác định phạm vi nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây rau muống.
• Nhiệt độ tối thiểu: rau muống có thể chịu được nhiệt độ tối thiểu từ 10°C đến 12°C Dưới nhiệt độ này, cây có thể bị tổn thương và mọc chậm
Cây rau muống phát triển tốt nhất ở nhiệt độ lý tưởng từ 18°C đến 30°C, trong khoảng này, cây có tốc độ sinh trưởng và sự phát triển lá tối ưu.
Nhiệt độ cao trên 35°C có thể gây tổn thương cho cây rau muống, làm ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và có thể dẫn đến chết cây nếu nhiệt độ tiếp tục tăng Để đảm bảo sự phát triển của cây, cần duy trì nhiệt độ ổn định và tránh biến đổi đột ngột Việc trồng rau muống trong nhà kính hoặc hộp chứa cho phép điều chỉnh nhiệt độ môi trường, tạo điều kiện lý tưởng cho sự sinh trưởng của cây.
Cây rau muống thích hợp với môi trường có độ ẩm cao Dưới đây là thông tin về yếu tố độ ẩm cho cây rau muống:
• Độ ẩm không khí: rau muống cần môi trường có độ ẩm tương đối cao Độ ẩm
Độ ẩm từ 70% đến 80% là lý tưởng cho sự phát triển của cây, giúp cây phát triển khỏe mạnh Nếu độ ẩm không khí quá thấp, cây có thể bị khô héo và mất nước, ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng.
Cây rau muống phát triển tốt nhất trong môi trường đất ẩm, vì vậy cần duy trì độ ẩm cho đất xung quanh cây Tuy nhiên, cần tránh tình trạng ngập nước, vì đất quá ẩm có thể gây hại cho cây Ngược lại, nếu đất quá khô, cây sẽ gặp khó khăn trong việc hấp thụ nước và chất dinh dưỡng cần thiết.
Để đảm bảo sự phát triển khỏe mạnh của rau muống, việc theo dõi thường xuyên là rất quan trọng nhằm phát hiện kịp thời dấu hiệu khô hạn hoặc quá ẩm Điều chỉnh chế độ tưới nước và quản lý độ ẩm môi trường là biện pháp hiệu quả nhất để hỗ trợ sự sinh trưởng của cây.
2.1.2 Quy trình giám sát và chăm sóc rau muống
Để giám sát và chăm sóc rau muống hiệu quả, việc sử dụng cảm biến chuyên dụng là giải pháp tối ưu Các cảm biến này thu thập thông số môi trường và hiển thị trên màn hình LCD, giao diện Web và App, giúp nhà vườn dễ dàng quan sát tình trạng cây trồng mọi lúc, mọi nơi Nhờ đó, nhà vườn có thể điều khiển tự động và trực tiếp các thiết bị như bơm tưới nước, bơm phun sương, đèn, quạt và mái che thông qua Web, App hoặc nút nhấn trên board mạch.
CÁC CHUẨN GIAO TIẾP TRONG IOT
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ IoT đã trở thành một xu hướng quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy kết nối hàng tỷ thiết bị thông minh Những thiết bị này có khả năng tương tác và chia sẻ dữ liệu qua mạng Internet Để đảm bảo việc truyền tải thông tin giữa các thiết bị trong mạng IoT, việc sử dụng các chuẩn truyền thông đáng tin cậy và hiệu quả là rất cần thiết.
Hình 2.1: Các chuẩn truyền thông trong IoT
Hiện nay, nhiều chuẩn truyền thông được áp dụng trong lĩnh vực IoT, mỗi chuẩn mang lại những ưu điểm riêng và phù hợp với các ứng dụng cụ thể Việc lựa chọn chuẩn truyền thông đúng đắn là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng IoT.
2.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 Wi-Fi – Wireless Fidelity
Tiêu chuẩn IEEE 802.11 Wi-Fi bao gồm các thông số kỹ thuật liên quan đến hệ thống mạng không dây, sử dụng sóng vô tuyến để truyền và nhận tín hiệu giữa các thiết bị không dây và điểm truy cập.
Tiêu chuẩn giao tiếp không dây phổ biến nhất cho phép kết nối từ 7 hoặc nhiều thiết bị không dây với nhau Các thiết bị này có thể truy cập internet thông qua các điểm truy cập Wi-Fi tại nhà, văn phòng hoặc các địa điểm có hạ tầng mạng hiện có.
Các đặc điểm và ưu điểm của chuẩn IEEE 802.11 Wi-Fi trong IoT bao gồm:
Wi-Fi có phạm vi hoạt động rộng, cho phép kết nối từ xa giữa các thiết bị IoT và trạm cơ sở Phạm vi này phụ thuộc vào môi trường và công suất phát của thiết bị, nhưng trong điều kiện lý tưởng, Wi-Fi có thể hoạt động hiệu quả trong khoảng cách từ vài chục mét đến vài trăm mét.
Wi-Fi đã được phát triển và kiểm chứng qua nhiều năm, đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy cao Các thiết bị Wi-Fi phổ biến dễ dàng tương thích với nhau, tạo điều kiện cho việc kết nối và giao tiếp mượt mà giữa các thiết bị trong mạng IoT.
Mặc dù Wi-Fi mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao, nhưng nó tiêu thụ năng lượng lớn, điều này có thể trở thành một hạn chế trong các ứng dụng IoT cần tuổi thọ pin lâu dài hoặc sử dụng nguồn năng lượng hạn chế.
Wi-Fi sử dụng các phương thức bảo mật mạnh mẽ như WPA2 để bảo vệ an toàn cho dữ liệu truyền qua mạng, điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng IoT, nơi mà bảo mật thông tin đóng vai trò then chốt.
Mạng IEEE 802.15 là một mạng không dây cá nhân (Wireless Personal Area Network - WPAN) được thiết kế để kết nối các thiết bị trong không gian làm việc cá nhân Với phạm vi phủ sóng nhỏ, khoảng vài chục mét, mạng này rất phù hợp cho việc kết nối các thiết bị ngoại vi Một số công nghệ phổ biến trong nhóm này bao gồm Bluetooth, Wibree, Zigbee và nhiều công nghệ khác.
Các ưu điểm của chuẩn IEEE 802.15 trong IoT bao.gồm:
Tiết kiệm năng lượng là tiêu chuẩn được thiết kế nhằm giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng, cho phép các thiết bị hoạt động lâu dài trên pin hoặc nguồn năng lượng hạn chế.
Phạm vi hoạt động của chuẩn IEEE 802.15 dao động từ vài mét đến hàng chục mét, tùy thuộc vào tần số sử dụng và điều kiện môi trường.
Chuẩn IEEE 802.15.4 hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu từ vài Kbps đến hàng trăm Kbps, tùy thuộc vào cấu hình và thiết lập của mạng.
Chuẩn độ tin cậy cao được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong việc kết nối và truyền dữ liệu giữa các thiết bị IoT.
Chuẩn IEEE 802.15 đảm bảo tính tương thích và khả năng mở rộng, cho phép các thiết bị IoT hoạt động hiệu quả trong cùng một mạng.
Công nghệ LoRa cho phép giám sát các thông số môi trường quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ pH và chất lượng không khí Các cảm biến LoRa có thể được lắp đặt ở nhiều vị trí trên cánh đồng hoặc trong nhà kính để thu thập dữ liệu, từ đó giúp nhà vườn đưa ra quyết định thông minh về tưới tiêu và quản lý chất lượng đất, nâng cao hiệu suất cây trồng.
2.2.3.1 Khái niệm và vai trò của công nghệ LoRa trong IoT
TỔNG QUAN CÁC PHẦN CỨNG SỬ DỤNG
2.3.1 Module RF SPI LoRa SX1278 433MHz Ra-02 Module Ai-Thinker
Công nghệ LoRa đã trở thành một giải pháp truyền thông không dây phổ biến, cho phép giao tiếp từ xa với mức tiêu thụ năng lượng thấp, đáp ứng nhu cầu trong các ứng dụng IoT như quản lý năng lượng, giám sát môi trường và quản lý thông minh Các loại LoRa khác nhau có tính năng, hiệu suất và ứng dụng đa dạng, với các module LoRa thường được sử dụng trong truyền nhận không dây trong các ứng dụng IoT, được mô tả chi tiết trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Một số LoRa được sử dụng rộng rãi
Module LoRa SX1278 Ra-02 là một thiết bị phổ biến trong lĩnh vực IoT, nổi bật với khả năng truyền thông xa, tiêu thụ năng lượng thấp và độ nhạy cao Những đặc điểm này giúp nâng cao tính tin cậy và hiệu suất truyền thông của công nghệ.
Mô-đun LoRa hỗ trợ mã hóa và bảo mật dữ liệu, đảm bảo tính riêng tư và an toàn trong quá trình truyền thông Với kích thước nhỏ gọn 20x28 mm và giá thành thấp, mô-đun này hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của nhóm, cho phép truyền nhận dữ liệu trong khoảng cách tương đương với một vườn rau có diện tích 1000m².
Ai-Thinker là nhà sản xuất mạch thu phát RF SPI LoRa SX1278 433MHz Ra-02 Module, sử dụng chip SX1278 của SEMTECH Mạch này tích hợp chuẩn LoRa, mang lại lợi ích tiết kiệm năng lượng và khả năng truyền xa Ra-02 phù hợp cho truyền thông trải phổ với khoảng cách cực xa và tương thích với các định dạng điều chế FSK Hiện tại, sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu IoT.
Module thu phát RF SPI LoRa SX1278 433MHz Ra-02 Module Ai-Thinker và sơ đồ chân được thể hiện như hình 2.3
Hình 2.3: Module LoRa SX1278 433MHz Ra-02 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật và thông tin module LoRa [6]
2.3.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT11
Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm không khí chuyển đổi thông tin thành tín hiệu điện, giúp người dùng dễ dàng đọc dữ liệu Các cảm biến thường sử dụng đầu dò tích hợp để thu thập tín hiệu và xử lý qua mạch để chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện hoặc điện áp Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại cảm biến như DHT11, DHT22, AHT10, DS18B20, trong đó module DHT11 được chọn nghiên cứu do tính năng tích hợp cảm biến đo nhiệt độ - độ ẩm trên cùng một mạch với độ chính xác cao.
Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm không khí DHT11
Cảm biến DHT11 là một thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm không khí kỹ thuật số, được hiệu chỉnh để cung cấp tín hiệu đầu ra kỹ thuật số Sử dụng công nghệ độc quyền, cảm biến này thu thập tín hiệu kỹ thuật số và đo độ ẩm một cách chính xác, đảm bảo độ tin cậy và ổn định Các phần tử cảm biến được kết nối với chip máy tính 8 bit.
Thông số kỹ thuật và thông tin các chân cảm biến DHT11 được mô tả ở bảng 2.3 và 2.4
Bảng 2.3: Thông số module cảm biến nhiệt độ - độ ẩm không khí DHT11 [7]
Bảng 2.4: Thông tin các chân cảm biến DHT11
2.3.3 Cảm biến độ ẩm đất FC-28
Cảm biến độ ẩm đất FC-28 là thiết bị lý tưởng để đo độ ẩm trong các mô hình nhà kín và hệ thống tưới tự động cho cây trồng và hoa Module cảm biến này bao gồm hai thành phần chính, giúp theo dõi và điều chỉnh độ ẩm đất một cách hiệu quả.
Đầu dò cảm biến là phần thiết bị được cắm trực tiếp vào đất để đo độ ẩm Cấu tạo của đầu dò gồm hai miếng đệm dẫn điện, hoạt động như một chiết áp với giá trị thay đổi, giúp phát hiện chính xác mức độ ẩm trong đất.
Module xử lý sử dụng IC LM393 để xử lý tín hiệu từ đầu dò Mức ngưỡng cảm biến có thể được tùy chỉnh thông qua biến trở trên mạch chuyển đổi Khi mức ngưỡng cài đặt vượt quá độ ẩm hiện tại, module sẽ xuất ra mức thấp, ngược lại, khi độ ẩm cao hơn mức ngưỡng, module sẽ xuất ra mức cao.
Module xử lý và đầu dò được trình bày trong hình 2.5 Thông số kỹ thuật cùng với thông tin về các chân cảm biến đo độ ẩm đất được mô tả chi tiết trong bảng 2.5 và 2.6.
Hình 2.5: Module cảm biến độ ẩm đất FC-28 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm đất [10]
Bảng 2.6: Thông tin các chân của module cảm biến độ ẩm đất
Hình 2.6: Sơ đồ mạch nguyên lý module xử lý tín hiệu cảm biến độ ẩm đất
Sơ đồ mạch nguyên lý của module xử lý tín hiệu cảm biến độ ẩm đất sử dụng Op-amp LM393 với điện áp cấp 3V3 hoặc 5V Giá trị điện áp ở ngõ ra tương tự phụ thuộc vào điện áp cung cấp Op-amp trong mạch này có chức năng so sánh hai mức tín hiệu cho đầu ra DO Module có hai đèn LED: một đèn sáng khi cấp nguồn và đèn còn lại sáng khi đạt ngưỡng thiết lập Khi độ ẩm đất thấp, điện trở lớn làm điện áp ngõ vào tăng, dẫn đến V+ > V- và đèn LED tắt Ngược lại, khi độ ẩm đất cao, điện áp ngõ vào giảm, V+ < V- làm đèn LED sáng Mức ngưỡng có thể điều chỉnh thông qua biến trở 10 KΩ.
2.3.4 Cảm biến cường độ ánh sáng quang trở LM393
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại cảm biến cường độ ánh sáng như BH1750-GY30, TSL2561-GY-2561, và MAX44009-GY49 Nhóm đã chọn module LM393 để nghiên cứu cảm biến cường độ ánh sáng.
IC cảm biến ánh sáng quang trở LM393 là lựa chọn lý tưởng để đo mức độ ánh sáng xung quanh với độ phân giải cao Module này hỗ trợ giao tiếp dữ liệu với vi điều khiển qua chuẩn I2C và tích hợp bộ chuyển đổi AD 16 bit để tạo ra tín hiệu số Đơn vị đo cường độ ánh sáng được sử dụng là Lux.
Hình 2.7: Cảm biến cường độ ánh sáng quang trở LM393
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật cảm cường độ ánh sáng [11]
Một số giá trị về độ rọi của ánh sáng:
• Ánh sáng mặt trời trực tiếp vào trưa: khoảng 100.000 Lux
• Ánh sáng ban ngày trong nhà: khoảng 1.000 - 2.000 Lux
• Ánh sáng sân vườn ban đêm: khoảng 10 - 20 Lux
• Ánh sáng của đèn trần trong phòng: khoảng 100 - 500 Lux
• Ánh sáng của một ngọn nến: khoảng 1 - 10 Lux
• Ánh sáng của một đèn pin: khoảng vài chục Lux đến vài trăm Lux
Để lập trình thiết bị cảm biến cường độ ánh sáng quang trở LM393, cần sử dụng một số thư viện hỗ trợ, trong đó có thư viện để thiết lập giao tiếp I2C giữa cảm biến và ESP32.
2.3.5 Màn hình hiển thị LCD 20x4 Để thuận tiện trong việc giao.tiếp.giữa.người.dùng.với các module, thiết.bị thì màn hình hiển.thị cũng là thiết.bị.đóng.vai.trò.quan.trọng Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại màn hình hiển thị với độ đồ họa phức tạp và kích.thước.khác nhau Trong đề tài này LCD 20x4 nền màu xanh dương là thiết bị hiển thị nhóm chọn tìm hiểu
GIỚI THIỆU VỀ FIREBASE
Firebase là nền tảng lưu trữ dữ liệu đám mây do Google phát triển, cung cấp giải pháp lập trình ứng dụng tiện lợi cho Android, iOS và Website Nền tảng này hỗ trợ cơ sở dữ liệu để lưu trữ và đồng bộ dữ liệu cho các ứng dụng Mặc dù Firebase phổ biến trong các dự án nhỏ của sinh viên và nghiên cứu sinh, việc sử dụng phiên bản miễn phí với số lượng người dùng lớn có thể dẫn đến tình trạng chậm hoặc gặp một số sự cố khác.
Hãy truy cập vào trang web Firebase tại địa chỉ: https://firebase.google.com/ để tiến hành đăng nhập vào tài khoản
2.4.2 Những tính năng nổi bật của Firebase a Firebase Authentication
Firebase Authentication là dịch vụ xác thực người dùng qua email, tài khoản Google, Facebook và nhiều phương thức khác, thường được sử dụng trong các dự án thiết kế web và ứng dụng để quản lý đăng nhập của người dùng.
Firebase Realtime Database là nền tảng cơ sở dữ liệu NoSQL cho phép lưu trữ và đồng bộ dữ liệu theo thời gian thực Dữ liệu được tổ chức dưới dạng cây JSON, giúp các ứng dụng web và di động dễ dàng kết nối và truy cập Mọi thay đổi dữ liệu sẽ tự động cập nhật trên tất cả các thiết bị kết nối, hỗ trợ nhiều kết nối đồng thời Để đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng cho các dự án lớn, người dùng có thể cần nâng cấp tính năng bằng cách trả phí.
GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
Android là hệ điều hành mã nguồn mở dựa trên nhân Linux, được phát triển đặc biệt cho các thiết bị di động với màn hình cảm ứng, bao gồm điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh.
Android, hệ điều hành được công bố lần đầu vào năm 2008, đã đánh dấu sự ra mắt của chiếc điện thoại thông minh đầu tiên sử dụng nền tảng này Kể từ đó, Android đã mở rộng ra nhiều thiết bị khác như smart TV, máy tính bảng và nhiều thiết bị thông minh khác.
Hình 2.24: Hệ điều hành Android
Giao diện người dùng của hệ điều hành Android cho phép người sử dụng tương tác trực tiếp với thiết bị thông qua các động tác chạm, vuốt, phóng to hoặc thu nhỏ trên màn hình, với phản hồi nhanh chóng gần như tức thì Để phát triển ứng dụng trên Android, người dùng cần sử dụng ngôn ngữ lập trình Java và các công cụ trong bộ SDK (Software Development Kit), bao gồm các công cụ hỗ trợ phát triển, kiểm thử ứng dụng, mã nguồn mẫu và nhiều công cụ khác.
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG
2.6.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE
Phần mềm Arduino IDE là một công cụ lập trình linh hoạt, hỗ trợ nhiều loại vi điều khiển như Arduino Mega 2560, Arduino Nano, ESP32 và ESP8266 Trong dự án này, nhóm đã sử dụng Arduino IDE để lập trình vi điều khiển ESP32, điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.
Hình 2.25: Hệ điều hành Android
Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở miễn phí, cho phép viết code cho các bo mạch Arduino bằng ngôn ngữ lập trình C/C++ Với khả năng nhận diện và biên dịch mã C/C++, Arduino IDE giúp lập trình viên dễ dàng phát triển chương trình cho bo mạch Arduino.
Phần mềm Arduino IDE cung cấp nhiều thư viện miễn phí do cộng đồng Arduino phát triển, cho phép người dùng dễ dàng áp dụng vào các dự án của mình Giao diện đơn giản và thân thiện giúp người dùng thao tác thuận tiện, cùng với nhiều tính năng hữu ích khác mà Arduino IDE mang lại.
Hình 2.26: Một số chức năng sử dụng trên phần mềm
• Nút Verify: Dùng để kiểm tra chương trình và phát hiện lỗi trong mã code trước khi nạp lên bo mạch Arduino
• Nút Upload: Cho phép tải mã code vào bo mạch Arduino để thực thi
• Vùng lập trình: Đây là nơi người dùng viết mã code cho dự án của mình
• Thanh Menu: Hiển thị các thẻ chức năng như File, Edit, Sketch, Tools, Help để truy cập vào các tính năng và công cụ hỗ trợ
2.6.2 Giới thiệu về Visual Studio Code (VS Code)
VS Code, do Microsoft phát triển, là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) đa nền tảng, tương thích với nhiều hệ điều hành như Windows, macOS và Linux Nó được thiết kế như một sự kết hợp tối ưu giữa trình chỉnh sửa mã và môi trường phát triển tích hợp, mang lại trải nghiệm lập trình hiệu quả cho người dùng.
Hình 2.27: Giao diện chính VS Code
Nhóm đã chọn Visual Studio Code (VS Code) để lập trình cho ESP32 và phát triển trang web VS Code tích hợp nhiều ngôn ngữ lập trình như C/C++, C#, HTML, CSS, Java, và hỗ trợ nền tảng PlatformIO IDE, giúp việc lập trình cho ESP32 trở nên thuận tiện và dễ nhìn hơn Tính năng nổi bật nhất của VS Code là khả năng hỗ trợ lập trình nhiều ứng dụng web, giúp người dùng thiết kế và phát triển web một cách chuyên nghiệp.
Phần mềm Code App MIT Inventor là một công cụ mạnh mẽ cho phép lập trình ứng dụng di động trên điện thoại, đồng bộ với web để điều khiển và giám sát các thiết bị cùng thông số môi trường Với MIT Inventor, bất kỳ ai, kể cả những người không có kinh nghiệm lập trình, đều có thể dễ dàng tạo ra các ứng dụng Android theo ý muốn của mình.
Hình 2.29: Giao diện thiết kế
App Inventor, công cụ tạo ứng dụng di động do Google phát triển và hiện được MIT duy trì, cho phép sinh viên thiết kế và phát triển ứng dụng Android dễ dàng thông qua trình duyệt Web mà không cần kiến thức lập trình nâng cao.
Hình 2.30: Giao diện lập trình
App Inventor là một công cụ phát triển ứng dụng dựa trên mô hình kéo và thả, cho phép sinh viên tạo ra ứng dụng bằng cách kết hợp các khối logic và các thành phần tương tác như nút nhấn, hộp văn bản, hình ảnh, âm thanh, và nhiều hơn nữa Sinh viên có thể tương tác với các thành phần này và định nghĩa hành vi cũng như chức năng của ứng dụng thông qua việc kết nối các khối logic với nhau.
Với App Inventor, sinh viên có thể dễ dàng tạo ra nhiều ứng dụng di động đa dạng như ghi âm, đếm bước chân, trò chơi đơn giản, định vị GPS và gửi tin nhắn Giao diện thân thiện và dễ sử dụng của App Inventor giúp những người không chuyên về lập trình nhanh chóng phát triển các ứng dụng.
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
YÊU CẦU HỆ THỐNG VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Nhóm đã thiết kế và thi công mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa, nhằm giải quyết các vấn đề và đưa ra các giải pháp hiệu quả Mô hình này thực hiện nhiều chức năng hữu ích, góp phần nâng cao hiệu quả trong việc quản lý và chăm sóc vườn rau.
Hệ thống thu thập và lưu trữ thông tin về các thông số môi trường trong vườn rau, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và ánh sáng, nhằm so sánh các chỉ số cụ thể trong nông nghiệp.
Hiển thị thông số môi trường và trạng thái hoạt động của thiết bị trên màn hình LCD 20x4, giao diện Web và ứng dụng di động, giúp người trồng dễ dàng giám sát và điều khiển tự động.
Hệ thống tự động điều khiển để có thể bật.tắt.các.thiết.bị.bơm.tưới, phun sương, quạt đối lưu, mái che
Hệ thống tự động có khả năng bật tắt các thiết bị như bơm tưới, phun sương, mái che và đèn, tất cả đều có thể được điều khiển dễ dàng thông qua nút nhấn trên board mạch Đặc biệt, đèn có thể được điều chỉnh bật tắt thông qua giao diện Web và ứng dụng di động.
3.1.2 Sơ đồ khối hệ thống và chức năng từng khối
Hình 3.1: Sơ đồ khối của toàn bộ hệ thống
Mô tả chức năng từng khối:
➢ Khối xử lý trung tâm 1 (Master)
Khối thu tín hiệu LoRa có chức năng nhận dữ liệu từ hai khối xử lý trung tâm (Slave 1 và Slave 2) thông qua truyền nhận dữ liệu không dây LoRa Sau khi tiếp nhận, khối này sẽ xử lý dữ liệu và truyền lại cho khối xử lý trung tâm.
Khối báo hiệu: có chức năng bật sáng lần lượt 2 led đơn khi lần lượt nhận được tín hiệu từ hai khối xử lý trung tâm 2 và 3
Khối nút nhấn: nhận tín hiệu từ các nút.nhấn, gửi.tín hiệu.về.khối.xử.lý.trung tâm 1, xử lý để bật tắt các thiết bị
Khối hiển thị sử dụng để trình bày các thông số đo được từ các cảm biến tại hai khối xử lý trung tâm 2 và 3 Các dữ liệu như nhiệt độ, độ ẩm không khí, ánh sáng và độ ẩm đất được truyền nhận không dây qua công nghệ LoRa về khối xử lý trung tâm 1.
Khối giao tiếp tải: nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm 1 để thực hiện các chức năng bật tắt các thiết bị ở khối chấp hành
Khối chấp hành: khối chấp hành bao gồm điều khiển hai thiết bị đèn
Khối xử lý trung tâm 1: có chức năng truyền và nhận dữ liệu từ 2 khối xử lý trung tâm 2 và 3 thông qua truyền nhận không dây LoRa
Phân tích và khôi phục dữ liệu từ hai khối xử lý trung tâm 2 và 3, hiển thị kết quả trên màn hình LCD 20x4, đồng thời cập nhật dữ liệu lên Google Sheet và Webserver (Firebase) Quá trình này đồng bộ hóa giữa ứng dụng và trang web thông qua giao tiếp Wi-Fi.
Khối cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các cảm biến và trạng thái hoạt động của thiết bị từ khối xử lý trung tâm 1, sau đó lưu trữ vào cơ sở dữ liệu Ngoài ra, nó còn thực hiện đồng bộ hóa dữ liệu giữa khối xử lý trung tâm với Web và ứng dụng di động.
Khối App (Mobile App) và giao diện Web hiển thị các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất và ánh sáng, được đồng bộ từ Webserver (Firebase).
Gửi lệnh điều khiển từ Webserver (Firebase) đến khối xử lý trung tâm 1 để bật tắt đèn chiếu sáng, đồng thời đồng bộ hóa dữ liệu với khối cơ sở dữ liệu.
Khối nguồn: cung cấp nguồn với.các.giá.trị.điện.áp.và.dòng.điện.phù hợp nuôi cho tất cả các khối trong hệ thống hoạt động ổn định
➢ Khối xử lý trung tâm 2 và 3
Khối phát tín hiệu LoRa 1 và LoRa 2: hoạt động truyền và nhận tín hiệu dữ
Thông qua giao tiếp không dây, tín hiệu được nhận từ hai khối xử lý trung tâm 2 và 3, sau đó được truyền đến khối xử lý trung tâm 1.
Khối nút nhấn: nhận tín hiệu từ các nút nhấn, gửi tín hiệu về hai khối xử lý trung tâm 2 và 3, xử lý để bật tắt các thiết bị
Khối cảm biến độ ẩm đất có nhiệm vụ đo lường độ ẩm trong vườn rau và truyền tải dữ liệu về hai khối xử lý trung tâm 2 và 3 Các khối này sẽ phân tích thông tin và thực hiện việc điều khiển bơm nước một cách hiệu quả.
Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí sẽ đo lường giá trị nhiệt độ và độ ẩm trong khu vực vườn, sau đó gửi dữ liệu về hai khối xử lý trung tâm 2 và 3 Các khối này sẽ thực hiện việc xử lý dữ liệu và điều khiển hệ thống phun sương cùng quạt đối lưu để duy trì môi trường tối ưu cho cây trồng.
Khối cảm biến ánh sáng có nhiệm vụ đọc giá trị cường độ ánh sáng và gửi thông tin này đến khối xử lý trung tâm 2 Tại đây, dữ liệu được xử lý để thực hiện việc điều khiển mái che một cách hiệu quả.
Khối giao tiếp tải: nhận tín hiệu từ hai khối xử lý trung tâm 2 và 3 để thực hiện các chức năng bật tắt các thiết bị ở khối chấp hành
Khối chấp hành trong hệ thống tưới tiêu bao gồm các thiết bị quan trọng như máy bơm tưới, máy phun sương để tạo độ ẩm, quạt thông gió giúp tăng cường không khí cho vườn rau, và động cơ điều khiển việc đóng mở mái che.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
Trong thiết kế phần cứng cho hệ thống, nhóm tập trung vào việc phát triển mô hình, thực hiện tính toán và lựa chọn các linh kiện cũng như module có sẵn trên thị trường, đảm bảo phù hợp với yêu cầu đề ra.
3.2.1 Thiết kế phần cứng khối xử lý trung tâm 1 (Master)
3.2.1.1 Khối thu tín hiệu LoRa
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại module thu phát tín hiệu với chức năng và thiết kế tương đối giống nhau, bao gồm LoRa SX1278, Reader RFID RC522 và Zigbee CC2530.
RF NRF24L01,… Trong đó nổi bật là module thu phát tín hiệu LoRa SX1278 Module hoạt động với công suất phát từ 20dBm – 100mW, tần số hoạt động từ 420 –
Module LoRa SX1278 Ra-02 hoạt động ở tần số 450 MHz với tốc độ lập trình lên đến 300 Kbps, cho phép truyền nhận tín hiệu ở khoảng cách xa trong điều kiện thời tiết tốt Kích thước nhỏ gọn nhưng vẫn cung cấp đầy đủ các chân kết nối của SX1278, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho hệ thống mà nhóm đã xây dựng.
Mô tả kết nối LoRa SX1278 với khối xử lý trung tâm 1 như hình 3.2
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối LoRa với ESP32
• Chân RESET nối với chân IO14 của ESP32
• Chân DIO0 nối với chân IO2 của ESP32
• Chân SCK nối với chân IO18 của ESP32
• Chân MISO nối với chân IO19 của ESP32
• Chân MOSI nối với chân IO23 của ESP32
• Chân NSS nối với chân IO5 của ESP32
• Nguồn 3V3 được cấp từ nguồn 3V3 của ESP32
Hiện nay, có nhiều thiết bị hiển thị thông tin từ module ESP32, bao gồm màn hình OLED, màn hình HMI, và màn hình LCD Trong mô hình này, khối hiển thị được sử dụng để trình bày các thông số như nhiệt độ, độ ẩm đất, và cường độ ánh sáng Để thu thập giá trị từ cảm biến, nhóm đã lựa chọn màn hình LCD 20x4, với 4 hàng và khả năng hiển thị tối đa 20 ký tự, giúp người dùng dễ dàng quan sát các thông số từ cảm biến.
Khối hiển thị được kết nối với module ESP32 qua giao tiếp I2C thông qua module chuyển đổi I2C PCF8574, như minh họa trong hình 3.3 Việc sử dụng module I2C giúp giảm thiểu số lượng chân kết nối cần thiết với module ESP32.
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối hiển thị LCD 20x4 với ESP32
Chân SDA và SCL của module chuyển đổi I2C sẽ được nối với chân IO21 và IO22 của ESP32
Có thể tùy chỉnh độ sáng bằng biến trở được tích hợp sẵn trên module chuyển đổi
3.2.1.3 Khối giao tiếp tải và khối chấp hành
Nhóm đã chọn module Relay 1 kênh 5VDC do kích thước nhỏ gọn và khả năng đóng ngắt thiết bị AC hoặc DC Trong mô hình, nhóm sử dụng 2 Relay để điều khiển 2 đèn chiếu sáng Tất cả các module Relay đều được cấp nguồn VCC 5V và nối đất GND, trong khi chân COM được cấp nguồn 12V để đảm bảo hai đèn có đủ năng lượng chiếu sáng.
Relay nối trực tiếp đến chân nguồn 5V của ESP32
Chân GND nối trực tiếp đến chân GND của ESP32
Relay nối trực tiếp lần lượt vào chân IO16 và IO17 của
ESP32 là một phần quan trọng trong hệ thống điều khiển, với sơ đồ kết nối chân Relay như hình 3.4 Để nhận tín hiệu từ hai khối phát đến khối thu, nhóm đã quyết định sử dụng hai đèn LED đơn Đèn LED màu xanh lá đại diện cho tín hiệu từ khối phát 1, trong khi đèn LED màu xanh dương biểu thị tín hiệu từ khối phát 2.
Chân dương của hai LED được kết nối với một đầu của điện trở, trong khi đầu còn lại của điện trở được nối vào hai chân tín hiệu IO12 và IO13 của ESP32.
Hai đèn LED được nối đất, và sơ đồ kết nối chân với ESP32 được trình bày trong hình 3.5 Để xác định giá trị của điện trở, nhóm nghiên cứu đã áp dụng định luật Ohm với công thức U = R.I, từ đó suy ra R = U/I.
Dòng điện cung cấp cho LED thường dao động từ 10mA đến 30mA, vì vậy nhóm đã chọn I_led = 20mA (0.02A) Điện áp rơi trên LED nằm trong khoảng 1.8V đến 2.2V, do đó chọn Vled = 2V Điện áp trên chân của ESP32 là Vout = 5V.
Vì vậy giá trị điện trở được tính theo:
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối chân khối tín hiệu với ESP32
Trên thị trường hiện có nhiều loại nút nhấn với các đặc tính khác nhau như nút nhấn 2 chân, 4 chân, tròn, vuông và nhiều loại khác Nhóm đã quyết định chọn nút nhấn 4 chân vì tính bền bỉ, dễ mua và dễ lắp đặt Nút nhấn này được sử dụng để điều khiển các thiết bị trên board mạch, trong đó hai nút nhấn tại khối xử lý trung tâm được dùng để bật và tắt hai đèn chiếu sáng.
Các nút nhấn được kết nối vào chân IO26 và IO27 của ESP32 được mô tả như hình 3.6
Hình 3.6: Sơ đồ nối chân nút nhấn với ESP32
Nút nhấn được kết nối với nguồn của ESP32 qua một chân, trong khi chân còn lại được nối với điện trở và chân tín hiệu của ESP32 Chân còn lại của điện trở được kết nối với đất.
Việc sử dụng điện trở kéo giúp ESP32 xác định trạng thái của chân tín hiệu (cao hoặc thấp) và đảm bảo dòng điện qua chân tín hiệu đủ nhỏ để không làm hỏng vi điều khiển Để tính toán giá trị điện trở, nhóm áp dụng định luật Ohm cho khối tín hiệu, với dòng điện chọn nằm trong khoảng từ 0.5mA đến 1mA Chọn I = 1mA và Vout = 5V, từ đó suy ra giá trị điện trở cần thiết cho mạch.
0.001 = 5kΩ (3.2) Trong các mạch số giá trị điện trở nút nhấn thường là 4k7 – 10kΩ nên nhóm đã chọn 4k7 cho nút nhấn
3.2.1.5 Khối xử lý trung tâm 1 (Master)
Hiện nay, có nhiều loại vi điều khiển như ESP, Arduino, PIC, Raspberry và ARM, nhưng nhóm đã chọn ESP32 làm khối xử lý trung tâm vì khả năng giao tiếp Wi-Fi và số chân đủ để nhận tín hiệu từ các khối khác ESP32 có thể cập nhật dữ liệu lên cơ sở dữ liệu và nhận dữ liệu điều khiển từ Firebase, giúp người trồng điều khiển từ xa thông qua kết nối Wi-Fi.
Khối xử lý trung tâm 1 (Master) hiệu được kết nối với các khối khác được mô tả ở hình 3.7
• Chân Vin được nối với nguồn cung cấp 5V và chân GND nối đất
• Chân Vout 3V3 được nối với chân 3V3 của LoRa
• Chân IO12 và IO13 nối lần lượt với 2 led đơn
• Chân IO16 và IO17 được nối lần lượt với 2 module Relay 1 kênh
• Chân IO21 và IO22 được nối vào chân SDA và SCL của I2C để hiển thị màn LCD 20X4
• Chân IO26 và IO27 được nối lần lượt vào 2 nút nhấn
• Chân IO2, IO5, IO14, IO18, IO19 và IO23 nối lần lượt với các chân của LoRa
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý kết nối khối xử lý trung tâm 1 (Master)
3.2.2 Thiết kế phần cứng hai khối xử lý trung tâm 2 (Slave 1) và 3 (Slave 2) 3.2.2.1 Khối phát tín hiệu LoRa 1 và 2
Hai khối phát tín hiệu LoRa từ các khối xử lý trung tâm 2 và 3 sẽ nhận dữ liệu từ các cảm biến và tín hiệu điều khiển thiết bị, sau đó truyền về khối thu tín hiệu LoRa của khối xử lý trung tâm 1 Tại đây, các tín hiệu được xử lý và hiển thị trên màn hình LCD 20x4, đồng thời dữ liệu cũng được đưa lên Web và ứng dụng di động để theo dõi và điều khiển thiết bị.
Sơ.đồ.kết.nối.chân.khối.phát.tín hiệu LoRa của hai khối.xử.lý.trung tâm 2 và
3 được mô tả như hình 3.8
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối hai khối phát tín hiệu LoRa 1 và 2 với ESP32
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN HỆ THỐNG
Sau khi nghiên cứu và tính toán kỹ lưỡng, nhóm đã hoàn thành thiết kế sơ đồ nguyên lý tổng thể cho mạch Sơ đồ này được xây dựng dựa trên việc lựa chọn các linh kiện phù hợp, đảm bảo hiệu quả cho toàn hệ thống (Xem sơ đồ nguyên lý chi tiết trong file So_do_nguyen_ly.PDF đính kèm).
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
GIỚI THIỆU
Sau khi hoàn tất thiết kế và tính toán hệ thống, nhóm tiến hành thi công sản phẩm với các bước cụ thể như vẽ PCB, lắp ráp linh kiện, lập trình hệ thống, kiểm tra và ghi tài liệu hướng dẫn Tất cả các công đoạn được thực hiện chính xác và tuần tự nhằm đảm bảo sản phẩm hoàn chỉnh và hoạt động hiệu quả.
THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2.1 Thi công vẽ mạch in của hệ thống
Sau khi hoàn thành sơ đồ nguyên lý của toàn hệ thống trong chương 3, nhóm đã tiến hành thiết kế mạch in cho hệ thống, bao gồm mạch xử lý trung tâm Master và hai mạch Slave 1 và Slave 2 Để thực hiện việc này, nhóm đã sử dụng phần mềm Proteus 8.12, chuyên dụng cho việc vẽ mạch điện tử và mạch in PCB Sau khi hoàn tất thiết kế, nhóm đã thi công mạch trên board đồng với kích thước 13cm x 10cm cho cả ba mạch.
Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của Master
Hình 4.2: Sơ đồ mạch in của Slave 1 Hình 4.3: Sơ đồ mạch in của Slave 2
Hình 4.4: Hình ảnh thực tế của mạch
Master in trên board đồng (mặt dưới)
Hình 4.5: Sơ đồ bố trí linh kiện 3D của hệ thống Master
Hình 4.6: Hình ảnh thực tế của mạch Slave
1 in trên board đồng (mặt dưới)
Hình 4.7: Sơ đồ bố trí linh kiện 3D của hệ thống Slave 1
Hình 4.8: Hình ảnh thực tế của mạch Slave
2 in trên board đồng (mặt dưới)
Hình 4.9: Sơ đồ bố trí linh kiện 3D của hệ thống Slave 2
4.2.2 Thi công lắp ráp các linh kiện lên trên board mạch
❖ Hệ thống board mạch Master
Hình 4.10: Hình ảnh thực tế hệ thống Master sau khi lắp các linh kiện
Các linh kiện được lắp ở mặt trên board mạch hệ thống Master tương ứng với các số được đánh dấu.lần.lượt.là.các.vị.trí:
• Vị trí 1: Terminal 2 chân để kết nối nguồn Adapter 5VDC/1A
• Vị trí 2: Diode giúp chống ngược dòng khi cấp ngược nguồn
• Vị trí 4: Vi điều khiển ESP32
• Vị trí 5: Kết nối với LoRa
• Vị trí 6: Kết nối với LCD 20x4
• Vị trí 7: Hai Terminal 3 chân kết nối với module Relay
• Vị trí 8: Hai led báo hiệu nhận tín hiệu truyền không dây LoRa từ Slave 1 và Slave 2
• Vị trí 9: Kết nối với nút nhấn
• Vị trí 10: Module LoRa SX1278
• Vị trí 11: Hai module Relay 1 kênh
• Vị trí 12: Nút nhấn điều khiển các thiết bị
❖ Hệ thống board mạch Slave 1
Hình 4.11: Hình ảnh thực tế hệ thống Slave 1 sau khi lắp các linh kiện
Các linh kiện được lắp ở mặt trên board mạch hệ thống Slave 1 tương ứng với các số được đánh dấu.lần.lượt.là.các.vị.trí:
• Vị trí 1: Terminal 2 chân để kết nối nguồn Adapter 5VDC/1A
• Vị trí 2: Diode giúp chống ngược dòng khi cấp ngược nguồn
• Vị trí 4: Vi điều khiển ESP32
• Vị trí 5: Kết nối với LoRa
• Vị trí 6: Kết nối với DHT11, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến cường độ ánh sáng quang trở
• Vị trí 7: Kết nối với module ULN2003
• Vị trí 8,9: Terminal 3 chân kết nối với Relay
• Vị trí 10,11,12: Kết nối với nút nhấn
• Vị trí 13: Module LoRa SX1278
• Vị trí 14: Hai module Relay 1 kênh
• Vị trí 16: Nút nhấn điều khiển các thiết bị
❖ Hệ thống board mạch Slave 2
Hình 4.12: Hình ảnh thực tế hệ thống Slave 2 sau khi lắp các linh kiện
Các linh kiện được lắp ở mặt trên board mạch hệ thống Slave 2 tương ứng với các số được đánh dấu.lần.lượt.là.các.vị.trí:
• Vị trí 1: Terminal 2 chân để kết nối nguồn Adapter 5VDC/1A
• Vị trí 2: Diode giúp chống ngược dòng khi cấp ngược nguồn
• Vị trí 4: Vi điều khiển ESP32
• Vị trí 5: Kết nối với LoRa
• Vị trí 6: Terminal 3 chân kết nối với Relay
• Vị trí 7: Kết nối với DHT11
• Vị trí 8: Kết nối với cảm biến độ ẩm đất
• Vị trí 9: Kết nối với nút nhấn
• Vị trí 10: Module LoRa SX1278
• Vị trí 11: Ba module Relay 1 kênh
• Vị trí 12: Nút nhấn điều khiển các thiết bị
Bảng 4.1: Danh sách những linh kiện trong toàn hệ thống
STT Tên linh kiện Số Lượng Thông Số
7 Cảm.biến.độ.ẩm.đất 2 5V
8 Cảm.biến.cường.độ.ánh.sáng 1 5V
ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
4.3.1 Đóng gói tủ điều khiển
Ba hệ thống tủ điều khiển bao gồm Master và hai Slave nhóm sử dụng bìa foxmex, dùng decal dán để đảm bảo tủ điều khiển không thấm nước
❖ Đóng gói tủ điều.khiển.hệ.thống.Master
Hệ thống tủ điều khiển Master bao gồm mạch điều khiển chính, bảng mạch nút nhấn để bật tắt đèn, và màn hình hiển thị được gắn ở mặt trước tủ.
53 thị LCD 20x4 Mô hình tủ điều khiển Master sau khi đã được thi công được thể hiện như hình 4.13
Hình 4.13: Hình ảnh mặt trước tủ điều khiển hệ thống Master
❖ Đóng gói hai tủ điều khiển Slave 1 và Slave 2
Hệ thống điều khiển bao gồm hai tủ Salve 1 và Slave 2, chứa mạch điều khiển chính cho các thiết bị như quạt đối lưu, phun sương, bơm nước và mái che Mô hình của hai tủ điều khiển Slave đã được thi công và thể hiện rõ trong hình 4.14 và 4.15.
Hình 4.14: Hình ảnh mặt trước tủ điều khiển hệ thống Slave 1
Hình 4.15: Hình ảnh mặt trước tủ điều khiển hệ thống Slave 2
4.3.2 Thi công và lắp ráp mô hình hoàn chỉnh Để thực hiện thi công mô hình nhóm đã sử những thanh sắt chữ V và ống nhựa PVC để làm khung cố định cho mô hình Mô hình nhìn từ mặt trước sau khi hoàn thành được thể hiện như hình 4.16
Hình 4.16: Hình ảnh thực tế mặt trước mô hình
Mặt trước của mô hình bao gồm các số được đánh dấu tại các vị trí là:
• Vị trí 1: Tủ điều khiển hệ thống Master
• Vị trí 2: Đèn chiếu sáng 1
• Vị trí 3: Đèn chiếu sáng 2
Hình 4.17: Hình ảnh thực tế nhìn từ phía bên trái mô hình
Mặt bên trái của mô hình bao gồm các số được đánh dấu tại các vị trí là:
• Vị trí 1: Tủ điều khiển hệ thống Slave 1
• Vị trí 2: Động cơ bước đóng mở mái che
• Vị trí 3: Quạt đối lưu
• Vị trí 4: Cảm biến DHT11
• Vị trí 5: Cảm biến cường độ sáng quang trở
Hình 4.18: Hình ảnh thực tế nhìn từ phía bên phải mô hình
Mặt phía bên phải của mô hình bao gồm các số được đánh dấu tại các vị trí là:
• Vị trí 1: Tủ điều khiển hệ thống Slave 2
• Vị trí 2: Quạt đối lưu
• Vị trí 3: Cảm biến DHT11
Hình 4.19: Hình ảnh thực tế nhìn từ mặt sau mô hình
Mặt phía sau của mô hình bao gồm các số được đánh dấu tại các vị trí là:
• Vị trí 1: Nguồn cấp cho hệ thống
• Vị trí 3: Bơm phun sương
• Vị trí 6: Cảm biến độ ẩm đất
Hình 4.20: Hình ảnh thực tế mặt trên mô hình
LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính hệ thống Master
Hình 4.21: Lưu đồ chương trình hệ thống Master
➢ Giải thích lưu đồ chương trình chính Master:
Khi bắt đầu chương trình, khai báo các thư viện được sử dụng, khai báo các biến, khai báo chân I/O giao tiếp với ESP32
Khởi tạo LoRa và LCD và khởi tạo tốc độ truyền nhận dữ liệu Kết nối vào mạng Wi-Fi
Hàm con "Thực hiện điều khiển thủ công và điều khiển trên Web" được gọi trong chương trình chính, giúp hệ thống xử lý trung tâm Master gửi ID yêu cầu đến Slave.
Kiểm tra xem có nhận gói tin từ Slave 1 hay không Nếu có, tiến hành phân tích chuỗi và khôi phục dữ liệu để hiển thị trên LCD và đưa lên Web Sau đó, trì hoãn 90 giây và gửi ID yêu cầu đến Slave 2.
Kiểm tra xem có nhận gói tin từ Slave 1 hay không Nếu không, hãy trì hoãn 90 giây và gửi ID yêu cầu đến Slave 2 Tiếp theo, kiểm tra xem có nhận gói tin từ Slave 2 hay không Nếu có, tiến hành phân tích dữ liệu.
Dữ liệu được chuỗi và khôi phục để hiển thị trên LCD cũng như đưa lên Web Sau đó, hệ thống sẽ trì hoãn trong 90 giây trước khi gửi lại ID yêu cầu đến Slave 1 và lặp lại quá trình này.
Kiểm tra “nhận gói tin từ Slave 2” nếu “không”, sau đó trì hoàn 90s và gửi ID yêu cầu đến Slave 1 và lặp lại vòng lặp
4.4.2 Lưu đồ giải thuật chương trình chính hệ thống Slave 1
Hình 4.22: Lưu đồ chương trình Slave
➢ Giải thích lưu đồ chương trình chính Slave 1:
Bắt đầu khai báo các thư viện được sử dụng, khai báo các biến, khai báo chân I/O giao tiếp với ESP32
Khởi tạo LoRa, khởi tạo chương trình con “Thực hiện điều khiển thủ công và tự động” và khởi tạo tốc độ truyền nhận dữ.liệu
Các giá trị từ các cảm biến sẽ được thu thập và nhận tín hiệu từ hệ thống Master Sau khi kiểm tra “ID=SDS1”, nếu đúng, ESP32 sẽ truyền dữ liệu giá trị cảm biến đã đọc qua giao thức truyền nhận không dây LoRa.
Sau khi gửi, hệ thống sẽ tiếp tục đọc giá trị cảm biến Nếu kiểm tra “ID=SDS1” không chính xác hoặc không nhận được, hệ thống vẫn sẽ tiếp tục theo dõi các giá trị cảm biến.
4.4.3 Lưu đồ giải thuật chương trình chính hệ thống Slave 2
Hình 4.23: Lưu đồ chương trình Slave
➢ Giải thích lưu đồ chương trình Slave 2:
Bắt đầu khai báo các thư viện được sử dụng, khai báo các biến, khai báo chân I/O giao tiếp với ESP32
Khởi tạo LoRa, khởi tạo chương trình con “Thực hiện điều khiển thủ công và tự động” và khởi tạo tốc độ truyền nhận dữ liệu
Các giá trị từ cảm biến sẽ được đọc và nhận tín hiệu từ hệ thống Master Nếu kiểm tra "ID=SDS2" đúng, ESP32 sẽ gửi dữ liệu giá trị cảm biến đã đọc qua truyền nhận không dây LoRa.
Sau khi gửi, hệ thống sẽ tiếp tục đọc các giá trị cảm biến Nếu kiểm tra “ID=SDS2” không đúng hoặc không nhận được, hệ thống vẫn sẽ tiếp tục thu thập các giá trị cảm biến.
4.4.4 Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiển thủ công với nút nhấn và điều khiển trên Web của hệ thống Master
Hình 4.24: Lưu đồ chương trình con điều khiển thủ công với nút nhấn và điều khiển trên Web của hệ thống Master
➢ Giải thích lưu đồ chương trình con điều khiển thủ công với nút nhấn và điều khiển trên Web của Master:
Khi nhận giá trị từ Web cho chế độ, nếu giá trị là "0" (mode=0), hệ thống sẽ ở trạng thái điều khiển trên Web Trong trạng thái này, nếu giá trị nhận được từ Web cho Đèn 1 là "0", đèn sẽ được tắt.
Nếu giá trị ngược lại là “1”, thì bật đèn 1 Tiếp theo, đèn 2 sẽ nhận giá trị từ web; nếu giá trị nhận được là “0”, đèn 2 sẽ tắt, còn nếu giá trị là “1”, đèn 2 sẽ bật.
Khi giá trị nhận được là "1" (mode=1), hệ thống sẽ chuyển sang chế độ điều khiển thủ công Trong chế độ này, nếu nhấn vào Đèn 1, trạng thái của Đèn 1 sẽ được đảo ngược: nếu Đèn 1 đang tắt (trạng thái = 0), nó sẽ được bật, và nếu đang bật (trạng thái = 1), nó sẽ được tắt Nếu không có thao tác nhấn nào, hệ thống sẽ tiếp tục kiểm tra trạng thái của Đèn 1.
60 nhấn Đèn 2 không, nếu có nhấn thì đảo trạng thái Đèn 2, nếu trạng thái Đèn 2=0 thì Tắt Đèn 2, ngược lại trạng thái Đèn 2=1 thì Bật đèn 2
4.4.5 Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiên thủ công với nút nhấn và điều khiển tự động của hệ thống Slave 1
Hình 4.25: Lưu đồ chương trình con điều khiên thủ công với nút nhấn và điều khiển trên Web của hệ thống Slave 1
➢ Giải thích lưu đồ chương trình con điều khiển thủ công với nút nhấn và điều khiển tự động của Slave 1:
Kiểm tra nút “kiểm tra chế độ” để xác định trạng thái hoạt động Nếu không nhấn, chế độ sẽ ở trạng thái tự động (mode=0) Trong chế độ tự động, cảm biến độ ẩm đất sẽ được kiểm tra; nếu giá trị lớn hơn ngưỡng thiết lập, Bơm 1 sẽ được bật, ngược lại sẽ tắt Tiếp theo, cảm biến nhiệt độ-độ ẩm cũng được kiểm tra; nếu vượt ngưỡng, Quạt 1 sẽ bật, nếu không sẽ tắt Cuối cùng, cảm biến ánh sáng sẽ được kiểm tra; nếu lớn hơn ngưỡng, Mái che sẽ được đóng, còn nếu nhỏ hơn ngưỡng sẽ mở.
Kiểm tra nút “kiểm tra chế độ” để xác định trạng thái (mode=1) cho chế độ điều khiển thủ công Trong chế độ này, nếu Bơm 1 được nhấn, trạng thái của Bơm 1 sẽ được đảo ngược: nếu Bơm 1=0 thì Tắt, nếu Bơm 1=1 thì Bật Nếu không nhấn Bơm 1, tiếp tục kiểm tra Quạt 1; nếu nhấn, trạng thái Quạt 1 cũng sẽ đảo ngược: Quạt 1=0 thì Tắt, Quạt 1=1 thì Bật Quy trình này cũng áp dụng cho nút nhấn Mái che Tóm lại, trạng thái thiết bị là “1” thì “Bật” và “0” thì “Tắt”.
4.4.6 Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiên thủ công với nút nhấn và điều khiển tự động của hệ thống Slave 2
Hình 4.26: Lưu đồ chương trình con điều khiên thủ công với nút nhấn và điều khiển trên Web của hệ thống Slave 2
➢ Giải thích lưu đồ chương trình con điều.khiển.thủ.công.với.nút.nhấn.và điều.khiển.tự.động.của Slave 2:
Kiểm tra nút “kiểm tra chế độ” để xác định trạng thái hoạt động Nếu nút không được nhấn, hệ thống sẽ ở chế độ điều khiển tự động (mode=0) Trong chế độ tự động, cảm biến độ ẩm đất sẽ được kiểm tra; nếu độ ẩm lớn hơn ngưỡng thiết lập, Bơm 2 sẽ được bật, ngược lại, nếu nhỏ hơn ngưỡng, Bơm 2 sẽ tắt Tiếp theo, hệ thống sẽ kiểm tra cảm biến nhiệt độ-độ ẩm không khí theo ngưỡng đã được thiết lập.
62 lập thì Bật Quạt 1 và Phun sương, nhỏ hơn ngưỡng thiết lập thì Tắt Quạt 1 và Phun sương
Kiểm tra nút “kiểm tra chế độ” để xác định trạng thái (mode=1) cho chế độ điều khiển thủ công Trong chế độ này, nếu Bơm 2 được nhấn, trạng thái của Bơm 2 sẽ được đảo ngược: nếu trạng thái Bơm 2 là 0, thì Bơm 2 sẽ được tắt; nếu trạng thái là 1, thì Bơm 2 sẽ được bật Nếu không nhấn Bơm 2, tiếp tục kiểm tra nút Quạt 2; nếu nhấn, trạng thái Quạt 2 cũng sẽ đảo ngược: tắt khi là 0 và bật khi là 1 Quy trình này cũng áp dụng cho nút Phun sương Thiết bị sẽ bật khi trạng thái là “1” và tắt khi là “0”.
4.4.7 Lưu đồ giải thuật gửi nhận dữ liệu của hệ thống với Firebase
Hình 4.27: Lưu đồ gửi nhận dữ liệu hệ thống
➢ Giải thích lưu đồ giải thuật gửi nhận dữ liệu hệ thống Firebase:
LẬP TRÌNH GIAO DIỆN WEB VÀ APP
4.5.1 Lưu đồ giải thuật thao tác trên giao diện Web
Hình 4.28: Lưu đồ chương trình thao tác trên giao diện Web
➢ Giải thích lưu đồ giải thuật thao tác trên giao diện Web:
Khi kết nối vào mạng internet, người dùng sẽ khởi tạo giao diện đăng nhập Sau khi giao diện này được tạo thành công, cần nhập tài khoản và mật khẩu Nếu thông tin nhập vào sai, giao diện đăng nhập sẽ được hiển thị lại Ngược lại, nếu thông tin đúng, giao diện Web sẽ xuất hiện Tại đây, người dùng chọn giao diện Slave 1; nếu đúng, giao diện Slave 1 sẽ được hiển thị, còn nếu sai, hệ thống sẽ kiểm tra xem có chọn giao diện Slave 2 hay không.
“đúng” sẽ hiển thị giao diên Slave 2, nếu “sai” sẽ kiểm tra có nhấn chọn giao diện
Nếu điều khiển đúng, giao diện Điều Khiển sẽ hiển thị Nếu không, hệ thống sẽ kiểm tra xem có chọn giao diện Biểu Đồ hay không; nếu đúng, giao diện Biểu Đồ sẽ được hiển thị Nếu cả hai đều sai, quá trình sẽ kết thúc.
4.5.1 Lưu đồ giải thuật thao tác trên giao diện App
Hình 4.29: Lưu đồ chương trình thao tác trên giao diện App
➢ Giải thích lưu đồ giải thuật thao tác trên giao diện App:
Khi kết nối với internet, người dùng sẽ bắt đầu khởi tạo giao diện đăng nhập Sau khi giao diện đăng nhập được tạo thành công, người dùng cần nhập tài khoản và mật khẩu Nếu thông tin nhập vào không chính xác, giao diện đăng nhập sẽ hiển thị lại để người dùng sửa lỗi Ngược lại, nếu tài khoản và mật khẩu đúng, giao diện Giám sẽ được hiển thị.
Tại giao diện Giám Sát, hãy chọn giao diện Điều Khiển Nếu điều kiện "đúng" được xác nhận, giao diện Điều Khiển sẽ hiển thị; nếu không, giao diện Giám Sát sẽ được hiển thị.
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
Chương 5 nhóm sẽ trình bày kết quả sau quá trình thiết kế, thi công và lập trình hệ thống Nhóm sẽ đưa ra đánh giá và nhận xét về hiệu quả hoạt động của hệ thống dựa trên các kết quả đạt được.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TỪ LÝ THIẾT
Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu đề tài, nhóm đã tích lũy được nhiều kiến thức quý giá và kinh nghiệm thực tiễn, đồng thời học hỏi được cách giải quyết các vấn đề phát sinh trong suốt thời gian thực hiện.
Hệ thống nhóm đã nắm rõ về linh kiện, module và thiết bị phần cứng, đặc biệt là giao tiếp giữa vi điều khiển ESP32 và truyền nhận không dây LoRa Quá trình giao tiếp giữa các module cảm biến với ESP32 được hiểu rõ hơn, cùng với các phương thức truyền nhận thông qua các chuẩn giao tiếp như SPI, UART, I2C, và các chuẩn giao tiếp trong IoT.
Lập trình cho hệ thống ESP32 có thể thực hiện thông qua phần mềm Arduino IDE, cho phép phát triển các module một cách hiệu quả Ngoài ra, việc thiết kế giao diện web có thể được thực hiện trên phần mềm Visual Studio Code, cung cấp nhiều công cụ hữu ích cho lập trình viên Cuối cùng, ứng dụng MIT Inventor hỗ trợ việc thiết kế giao diện ứng dụng di động một cách đơn giản và trực quan.
• Về những công dụ hỗ trợ, hiểu và nắm được quy trình thiết kế sơ đồ nguyên lý và thiết kế mạch in trên phần mềm Proteus 8.12 Professional.
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Sau khi thiết kế và hoàn chỉnh mô hình cùng với lập trình cho hệ thống, nhóm đã tiến hành kiểm tra và sửa lỗi để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Kết quả cuối cùng của toàn bộ hệ thống được trình bày dưới đây.
5.2.1 Kết quả mô hình hệ thống
Hình 5.1: Hình ảnh thực tế của mô hình sau khi thi công
5.2.2 Kết quả đo khoảng truyền nhận giữa các LoRa thực tế
Nhóm sẽ thực hiện đo khoảng cách truyền nhận không dây LoRa giữa hệ thống Master và hai hệ thống Slave 1 và Slave 2 Để đảm bảo độ chính xác, việc đo sẽ được tiến hành trên đường thẳng, với ít vật cản và trong điều kiện thời tiết thuận lợi Hình 5.2 minh họa khoảng cách đo giữa các thiết bị LoRa.
Hình 5.2: Bản đồ tọa độ đo khoảng cách truyền nhận không dây LoRa
Nhóm sẽ thiết lập hai hệ thống Slave 1 và Slave 2 tại một vị trí cố định, được đánh dấu bằng màu đỏ trên màn hình điện thoại Vị trí này có tọa độ 10.85832, 106.80116, như được mô tả trong Hình 5.3.
Hình 5.3: Hình ảnh thực tế vị trí đặt hai hệ thống Slave 1 và Slave 2
Nhóm sẽ di chuyển hệ thống Master cách 250m tại tọa độ 10.85771, 106.79915 so với hai Slave Tại vị trí này, tín hiệu truyền nhận không dây LoRa từ hai Slave vẫn có khả năng gửi dữ liệu cảm biến đến Master, và dữ liệu này sẽ được hiển thị trên cổng COM của phần mềm lập trình Arduino IDE trên màn hình Laptop Hình 5.4 mô tả khoảng cách tại vị trí 250m.
Hình 5.4: Hình ảnh thực tế hệ thống Master ở vị trí 250m
Tại vị trí 600m với tọa độ 10.85495, 106.80215, tín hiệu từ hai Slave đến Master vẫn ổn định Tuy nhiên, do nhóm đã đặt anten ở độ cao thấp, hiện tượng rớt gói tin xảy ra trong quá trình truyền nhận không dây LoRa Hình 5.5 minh họa khoảng cách tại vị trí này.
Hình 5.5: Hình ảnh thực tế hệ thống Master ở vị trí 600m
Khi di chuyển Master đến vị trí 1km (tọa độ 10.85122, 106.80413) và vị trí 1,1km (tọa độ 10.85222, 106.80520), tín hiệu từ hai Slave đến Master vẫn tiếp tục nhận được dữ liệu Các dữ liệu cảm biến được hiển thị trên màn hình LCD 20x4 Hình 5.6 và 5.7 minh họa khoảng cách tại vị trí 1km và 1,3km.
Hình 5.6: Hình ảnh thực tế hệ thống Master ở vị trí 1km
Hệ thống Master được đặt tại vị trí 1,1 km, và tại vị trí 1,3 km với tọa độ 10.85094, 106.80656, Master vẫn nhận được tín hiệu truyền Tuy nhiên, ở vị trí này, Master chỉ nhận được dữ liệu gửi từ Slave.
2 Còn Slave 1 thì không nhận được dữ liệu Dữ liệu các cảm biến gửi đến được hiển thị trên màn hình LCD 20x4 Hình 5.8 mô tả khoảng cách tại vị trí 1,3km
Hình 5.8: Hình ảnh thực tế hệ thống Master ở vị trí 1,3km
Sau khi thử nghiệm khoảng cách truyền không dây của hệ thống LoRa giữa Master và hai Slave, nhóm phát hiện rằng tại khoảng cách 1,1 km, tín hiệu từ hai Slave đến Master vẫn được truyền nhận tốt Tuy nhiên, ở khoảng cách 1,3 km, tín hiệu trở nên không ổn định Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền nhận bao gồm vị trí thấp của anten, cây xanh cao cản trở tín hiệu, và độ dốc của con đường Hình 5.9 minh họa con đường tại vị trí 1,3 km và vị trí đặt anten.
Hình 5.9: Hình ảnh thực tế con đường tại vị trí 1.3km và vị trí đặt Anten hệ thống
Màn hình LCD 20x4 được lắp đặt phía trước tủ hệ thống điều khiển Master, hiển thị trạng thái kết nối Wi-Fi, bao gồm thông tin về việc đang kết nối, đã kết nối Wi-Fi và các giá trị từ các cảm biến.
5.2.3.1 Giao.diện.màn.hình.hiển.thị.kết.nối Wi-Fi
Sau khi cấp nguồn cho hệ thống, màn hình LCD 20x4 sẽ hiển thị hai giao diện Đầu tiên, màn hình sẽ cho thấy trạng thái kết nối Wi-Fi với chữ "Wi-Fi" nhấp nháy để báo hiệu đang kết nối Khi kết nối thành công, màn hình sẽ chuyển sang giao diện xác nhận đã kết nối Wi-Fi.
Hình 5.10: Giao diện LCD đang kết nối
Hình 5.11: Giao diện LCD đã kết nối
5.2.3.2 Giao diện màn hình hiển thị của Slave 1 và Slave 2 a Giao diện màn hình hiện thị giá trị cảm biến Slave 1
Sau khi kết nối với Wi-Fi, tín hiệu từ Slave 1 đến Master sẽ được gửi trong khoảng thời gian 1 phút 30 giây, hiển thị các thông số cảm biến trên màn hình LCD Giao diện hiển thị các giá trị cảm biến từ Slave 1 đến hệ thống Master, bao gồm: Slave 1, nhiệt độ (Nhiet.do), độ ẩm (Do.am), độ ẩm đất (Do am dat) và cường độ ánh sáng (Anh sang), được trình bày từ trái sang phải và từ trên xuống dưới.
Hình 5.12: Giao diện LCD hiển thị Slave 1 và các giá trị cảm biến b Giao diện màn hình hiện thị giá trị cảm biến Slave 2
Sau khi màn hình LCD hiển thị các thông số giá trị cảm biến của Slave 1, sau khoảng 1 phút 30 giây, nó sẽ tiếp tục hiển thị thông số giá trị của các cảm biến Slave 2 Hình 5.13 minh họa giao diện hiển thị các thông số giá trị cảm biến.
Hệ thống Slave 2 gửi dữ liệu đến hệ thống Master, hiển thị thông tin trên màn hình LCD từ trái sang phải và từ trên xuống dưới, bao gồm các chỉ số: Slave 2, nhiệt độ (Nhiệt độ), độ ẩm (Độ ẩm) và độ ẩm đất (Độ ẩm đất).
Hình 5.13: Giao diện LCD hiển thị Slave 2 và các giá trị cảm biến
5.2.4 Kết quả giao diện Web Đề tài mà nhóm thực hiện, các thông số dữ liệu.của.Web.được.lấy.từ.cơ.sở.dữ liệu.là.Firebase.và.được.cập.nhật.liên tục khi được.kết.nối.vào.mạng.Wi-Fi Để muốn truy cập vào Web thì sẽ có một địa chỉ Website: https://damhuynhquockiet.github.io/DATN_FINAL/, sau.khi.truy.cập.sẽ.hiển.thị.ra giao.diện đăng ký và đăng nhập được.thể.hiện.như.hình.5.14 và 5.15
Hình 5.14: Giao diện đăng ký trên Web Hình 5.15: Giao diện đăng nhập trên
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG
Sau khi thực hiện các quy trình để toàn bộ hệ thống hoạt động, nhóm đã xác nhận rằng mô hình hoạt động phù hợp với các yêu cầu và mục tiêu đề ra của đề tài.
Về hoạt động phần cứng:
• Toàn bộ ba hệ thống Master và hai Slave hoạt động ổn định
• Tín hiệu truyền nhận không dây LoRa tương đối ổn định
• Tốc độ khi nhấn nút trên board tương đối nhanh
• Giám sát các cảm biến hoạt động tương đối ổn định và độ nhạy cao tương đối chính xác
• Giao diện màn hình hiển thị LCD 20x4 hiển thị rõ các giá trị của các cảm biến
• Những thiết bị đèn chiếu sáng, phun sương, bơm nước, quạt đối lưu, động cơ đóng mở mái che hoạt động tốt
Về hoạt động trên phần mềm:
• Giao diện Web và App hiển thị giám sát và điều.khiển.đơn.giản, dễ.theo.dõi và.sử dụng
• Những thông.số.giá trị của.các.cảm.biến.được.sẽ.cập nhật liên tục lên trang tính và Firebase
Hệ thống hoạt động tương đối ổn định nhưng phụ thuộc vào mạng và internet để cập nhật dữ liệu lên trang tính, Firebase, Web và App Android Đôi khi, tín hiệu truyền nhận LoRa giữa hệ thống Master và hai hệ thống Slave bị mất Để mô tả chi tiết và rõ ràng về hoạt động của hệ thống cũng như thử nghiệm đo khoảng cách truyền nhận của công nghệ LoRa, nhóm đã thực hiện video minh họa.
• Có.thể.truy.cập.đường.dẫn.đính.kèm.để.xem video và hiểu rõ.hơn.về.hoạt động.của.sản.phẩm: https://www.youtube.com/watch?v=hYVFrDXCoaY
• Đường dẫn để xem video thử.nghiệm.đo.khoảng.cách.truyền.nhận.của.công nghệ.LoRa: https://www.youtube.com/watch?v!dCnAkJzmE