TỔNG QUAN
Giới thiệu tình hình nghiên cứu đề tài
Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế Việt Nam, dựa vào kinh nghiệm của người nông dân và các bài học sản xuất để nâng cao năng suất Tuy nhiên, ngành này cũng phải đối mặt với nhiều thách thức như thời tiết cực đoan, dịch bệnh và thiếu hụt tài nguyên Để ứng phó với những vấn đề này, nông nghiệp Việt Nam đã tích cực áp dụng công nghệ 4.0, đặc biệt là IoT (Internet of Things), nhằm cải thiện hiệu quả sản xuất và quản lý Các mô hình nông nghiệp thông minh sử dụng công nghệ IoT đang trở thành xu hướng mới trong ngành nông nghiệp hiện đại.
Các trạm quan trắc thời tiết thu thập thông tin và số liệu môi trường, gửi về trung tâm phân tích dữ liệu, hỗ trợ nông dân lựa chọn cây trồng và vật nuôi phù hợp Điều này giúp đưa ra giải pháp chăm sóc cây trồng hiệu quả và kiểm soát chất lượng nông sản tốt hơn.
Tự động hóa trong canh tác nhà kính cho phép thu thập dữ liệu liên tục theo thời gian thực về các điều kiện canh tác như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm không khí Nhờ đó, nông dân có thể quản lý và điều chỉnh các yếu tố này một cách hiệu quả, tối ưu hóa môi trường trồng trọt để đáp ứng các chỉ số cần thiết cho sự phát triển của cây trồng.
Hệ thống giám sát và quản lý vật nuôi sử dụng cảm biến gắn trên gia súc để theo dõi và đánh giá các chỉ số sức khỏe trong quá trình chăn nuôi.
Từ đó người chăn nuôi kịp thời phát hiện bệnh dịch cũng như đưa ra các phương án phát triển chăn nuôi hiệu quả
Việc áp dụng công nghệ IoT trong phát triển chăn nuôi mang lại nhiều lợi ích, giúp nông dân tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời cải thiện hiệu quả sản xuất.
Tính cấp thiết của đề tài
Trong nông nghiệp thông minh, việc áp dụng công nghệ IoT không chỉ giúp thu thập thông tin về thời tiết và môi trường mà còn mở ra nhiều nghiên cứu và ứng dụng khác Nhận thấy những hạn chế trong việc ứng dụng IoT vào chăn nuôi gà, trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ thịt gà ngày càng tăng, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế mô hình IoT ứng dụng trang trại chăn nuôi gà” Mục tiêu là phát triển hệ thống giám sát và cung cấp nhu cầu kịp thời cho đàn gà, bao gồm tự động điều chỉnh nhiệt độ chuồng để giảm thời gian theo dõi của nông dân Hệ thống còn cho phép giám sát từ xa, đảm bảo chế độ ăn uống của gà luôn đầy đủ thông qua thiết bị di động Thêm vào đó, việc tiêm thuốc cho vật nuôi cũng được theo dõi một cách hợp lý và đúng thời điểm nhờ vào hệ thống chuồng trại thông minh.
Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với các mục tiêu:
- Xây dựng hệ thống chuồng trại chăn nuôi gà theo hướng công nghệ IoT Hệ thống điều khiển tự động các thiết bị trong trang trại
- Thiết kế, thi công hệ thống chuồng trại và cân chỉnh để có mô hình phù hợp
- Hệ thống có các chức năng hỗ trợ người dùng giám sát nhiệt độ chuồng, giám sát thông tin lứa gà và tình trạng ăn uống của gà
- Hệ thống kết nối với ứng dụng trên điện thoại và cho phép người dùng theo dõi cũng như điều khiển thiết bị.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Đề tài phải làm rõ được các mục tiêu đã đề ra, dùng các mô phỏng để thử nghiệm và đánh giá tính thực tiễn của dự án
- Các thiết bị phản hồi và đáp ứng đúng yêu cầu điều khiển của hệ thống
- Phát triển ứng dụng điện thoại để điều khiển và giám sát thiết bị.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Xây dựng mô hình IoT để giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng, thông gió, cũng như quản lý máng đựng thức ăn và nước Hệ thống này còn có khả năng quản lý dữ liệu nhiệt độ, theo dõi nguồn gốc vật nuôi và kiểm tra thông tin tiêm chủng.
Phương pháp nghiên cứu
Đồ án sử dụng phương pháp phân tích và sàng lọc dữ liệu từ cảm biến và thiết bị điện tử Đồng thời, nó áp dụng phương pháp tổng hợp để kết hợp các thông số thực tế đo được, nhằm điều chỉnh hệ thống hoạt động một cách hợp lý và hiệu quả nhất.
Bố cục của đồ án
Báo cáo được chia làm 6 chương với các nội dung sau:
Trong bài báo cáo này, chúng tôi sẽ trình bày lý do chọn đề tài, cùng với các vấn đề liên quan Mục tiêu của nghiên cứu được xác định rõ ràng, nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc về nội dung thực hiện và cấu trúc bài báo cáo Việc lựa chọn đề tài không chỉ dựa trên tính cấp thiết mà còn hướng đến việc giải quyết các thách thức hiện tại trong lĩnh vực nghiên cứu.
● Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong bài viết này, chúng tôi trình bày các lý thuyết cơ bản về ứng dụng Internet of Things (IoT) trong nông nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực chăn nuôi gia cầm Bên cạnh đó, chúng tôi giới thiệu các chuẩn truyền thông và phương thức truyền dữ liệu trong ứng dụng IoT Đặc biệt, chúng tôi nhấn mạnh mối liên kết giữa Firebase và ứng dụng điện thoại, cho phép quản lý và theo dõi dữ liệu một cách hiệu quả trong hệ thống nông nghiệp thông minh.
● Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống
Giới thiệu và xác định các yêu cầu công năng cũng như yêu cầu kỹ thuật là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế mô hình tổng thể và sơ đồ khối Sau đó, tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý và phân tích chức năng của từng khối để lựa chọn linh kiện phù hợp với nhu cầu của người dùng.
Tiến hành thi công phần cứng và lập trình thiết bị theo yêu cầu của người dùng Thiết kế ứng dụng di động giúp người dùng dễ dàng quan sát, theo dõi và thao tác sử dụng.
● Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá Đưa ra những kết quả đạt được Nêu nhận xét và đánh giá dựa trên quá trình thực hiện
● Chương 5: Kết luận và định hướng phát triển
Trình bày kết luận và định hướng để cải tiến, phát triển đồ án hoàn thiện hơn
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mô hình IoT trong nông nghiệp
Nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ IoT cải thiện hệ thống nông nghiệp bằng cách giám sát các cánh đồng và trang trại theo thời gian thực Người dùng có thể theo dõi và nắm bắt mọi hoạt động từ xa, nhờ vào sự hỗ trợ của các cảm biến và khả năng kết nối IoT Điều này giúp nông dân tiết kiệm thời gian và giảm thiểu việc sử dụng quá mức các nguồn tài nguyên như nước và điện.
Sự phát triển của công nghệ cảm biến và IoT trong nông nghiệp đã cách mạng hóa nhiều phương pháp truyền thống, loại bỏ những yếu tố không còn phù hợp trong quá trình nuôi trồng hiện đại.
Hình 2 1 Mô hình minh họa hệ thống IoT trong nông nghiệp
Người dùng thường điều khiển các thiết bị điện tử và hệ thống cảm biến độ ẩm, nhiệt độ thông qua thiết bị trung gian tích hợp công nghệ IoT hoặc ứng dụng điện thoại liên kết.
Các chuẩn truyền thông
Mỗi giao thức IoT cho phép giao tiếp giữa các thiết bị, cổng, hoặc đám mây/trung tâm dữ liệu Đặc biệt, chuẩn truyền thông không dây đóng vai trò quan trọng trong việc truyền thông tin mà không cần sử dụng dây cáp Việc áp dụng công nghệ không dây trong IoT có thể được hình dung qua sơ đồ khối, cho thấy sự kết nối và tương tác giữa các thiết bị một cách hiệu quả.
Hình 2 2 Giao tiếp trong một mạng IOT
Công nghệ không dây đã đóng vai trò thiết yếu trong sự phát triển của IoT, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và tối ưu hóa chức năng của công nghệ này Tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau, chúng ta có thể lựa chọn giao thức truyền thông không dây phù hợp dựa trên các yếu tố như băng thông, phạm vi, bảo mật, mức tiêu thụ năng lượng, dung lượng và tiêu chuẩn Một số giao thức truyền thông không dây phổ biến hiện nay trong lĩnh vực IoT bao gồm
Bluetooth Low Energy là công nghệ không dây phổ biến nhất cho liên lạc tầm ngắn, cho phép truyền tệp giữa các thiết bị Các ứng dụng của Bluetooth bao gồm loa không dây và tai nghe, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt Đây là giải pháp thay thế hiệu quả cho cáp trong việc kết nối máy in, máy fax và bàn phím.
Thông tin kỹ thuật cơ bản về Bluetooth:
- Dữ liệu truyền được: 1Mbps
Một số ứng dụng cụ thể của BLE nổi bật hiện tại là:
- Máy theo dõi thể dục (chẳng hạn như Fitbit, Misfit, vv)
- Đồng hồ thông minh (chẳng hạn như Apple Watch, Moto 360 và Pebble)
- Báo hiệu (Apple iBeacon, Google Eddystone) Đặc trưng:
- Loại mạng: WPAN (Mạng khu vực cá nhân không dây)
- Công nghệ: Truyền dẫn vô tuyến
- Hướng truyền thông: Hai chiều
- Công suất truyền tải: 10 MW
- Phạm vi dữ liệu: 1,2,3, Mbps
- Khả năng tương thích: cao
- Kết nối không dây tiện dụng
- Thường tiêu tốn năng lượng hơn thiết bị có dây
● RFID (Hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến)
Công nghệ sử dụng sóng điện từ để thu thập dữ liệu kỹ thuật số và theo dõi các thẻ bao gồm ba thành phần chính: thẻ, đầu đọc và ăng-ten Có hai loại thẻ: thẻ chủ động, có khả năng cảm nhận kênh, và thẻ thụ động, không có khả năng tính toán Đầu đọc hoạt động bằng cách phát tín hiệu kích hoạt các thẻ, trong khi ăng-ten truyền và nhận dữ liệu Công nghệ này có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, quốc phòng, theo dõi và giao dịch không dùng tiền mặt.
- Công nghệ: tự động nhận dạng và truyền dữ liệu
- Tiêu chuẩn: chứng nhận ISO
- Hướng truyền thông: một chiều
- Tần số: LF/HF/UHF/Vi sóng
- Sử dụng năng lượng: thay đổi theo tần số
- Tốc độ dữ liệu thay đổi theo tần suất
- Bền bỉ, ngoài ra nn toàn hơn nhiều so với mã vạch
- Kim loại được sử dụng có thể tạo nhiễu tín hiệu
● ZigBee (Giao tiếp không dây)
Zigbee là công nghệ không dây phổ biến, đáp ứng nhu cầu về công suất và chi phí thấp Giao thức truyền thông này sử dụng hệ thống vô tuyến kỹ thuật số với công suất thấp, mang lại hiệu quả cao cho các ứng dụng khác nhau.
ZigBee được sử dụng phổ biến trong các hệ thống tự động hóa gia đình và thu thập dữ liệu y tế, cũng như trong các dự án quy mô nhỏ yêu cầu băng thông thấp Trong cuộc sống hàng ngày, ZigBee ứng dụng trong quản lý giao thông và điều khiển công tắc đèn.
Nó được bảo mật bằng công nghệ AES-128 và có mức tiêu thụ điện năng tối thiểu Đặc trưng
- Loại mạng: WPAN (Mạng khu vực cá nhân không dây)
- Hướng truyền thông: hai chiều
- Năng lượng sử dụng: sử dụng năng lượng thấp
- Tốc độ dữ liệu: 250 Kbps
- Yêu cầu điện năng thấp
- Cấu trúc mạng linh hoạt
- Dễ dàng thực hiện và cài đặt
- Tốc độ truyền dữ liệu thấp
- Rủi ro cho việc sử dụng thông tin cá nhân
Một số các phiên bản Zigbee:
Zigbee 2004 (1.0) là phiên bản đầu tiên của giao thức Zigbee, nhưng hiện tại không tương thích ngược với các chuẩn Zigbee mới đang phát triển trên thị trường.
- Zigbee 2006: Đây là phiên bản có thể tương thích ngược với Zigbee 2007
Zigbee RF4CE là phiên bản nâng cấp với nhiều ưu điểm vượt trội, được thiết kế để điều khiển từ xa các thiết bị và đồ dùng điện tử thông dụng.
Wifi là một trong những công nghệ truyền thông không dây nhanh và dễ dàng nhất
Wireless Fidelity (Wi-Fi) là lựa chọn phổ biến của nhiều nhà phát triển nhờ vào các ưu điểm nổi bật Công nghệ này cho phép kết nối Internet và các thiết bị như máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, laptop và máy in trong một phạm vi nhất định Địa chỉ IP được phân bổ tự động cho các thiết bị không dây thông qua giao thức DHCP, giúp đơn giản hóa việc kết nối Do đó, nhóm đã quyết định sử dụng chuẩn giao tiếp này để đáp ứng yêu cầu của hệ thống.
- Loại mạng: LAN (Mạng cục bộ)
- Công nghệ: Truyền thanh truyền thống
- Truyền thông: Hướng hai chiều
- Tần số: 2,4 GHz hoặc 5GHz
- Sử dụng năng lượng: Trung bình
- Phạm vi: Lên đến 50 M Ưu điểm:
- Hiệu quả về chi phí
- Tiêu thụ điện năng nhiều hơn
Một số chuẩn truyền thông dữ liệu
Giao tiếp I2C kết hợp ưu điểm của SPI và UART, cho phép kết nối nhiều thiết bị slave với một master duy nhất Người dùng cũng có thể sử dụng nhiều master để điều khiển một hoặc nhiều slave, điều này rất hữu ích khi cần nhiều bộ vi điều khiển để ghi dữ liệu cho thẻ nhớ hoặc hiển thị văn bản trên màn hình LCD.
Khá tương tự với giao tiếp UART, I2C chỉ sử dụng hai dây để truyền dữ liệu giữa các thiết bị:
Hình 2 3 Sơ đồ kết nối giao thức I2C
- SDA: Dòng để master và slave gửi nhận dữ liệu
- SCL: Dòng mang tín hiệu xung clock
I2C có khả năng đồng bộ hóa tương tự như SPI, cho phép đầu ra của các bit được đồng bộ với tín hiệu xung clock trong quá trình lấy mẫu Tín hiệu này được chia sẻ giữa các thiết bị master và slave, trong đó master đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển trực tiếp tín hiệu xung clock.
Hình 2 4 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi
[3] Một số những đặc điểm của chuẩn giao tiếp I2C:
Giao tiếp I2C thường bao gồm hai dây chính: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) SDA là đường truyền dữ liệu hai chiều, trong khi SCL là đường truyền xung clock, giúp đồng bộ hóa dữ liệu theo một hướng Khi một thiết bị ngoại vi kết nối với bus I2C, chân SDA của thiết bị sẽ tìm kết nối với dây SDA của bus, và chân SCL sẽ nối với dây SCL.
Mỗi đường SDA hoặc SCL được nối với nguồn điện dương thông qua một điện trở kéo lên, điều này là cần thiết do các chân I2C của thiết bị ngoại vi thường là loại open drain Giá trị của các điện trở pull-up này thay đổi tùy theo thiết bị và giao tiếp, thường nằm trong khoảng từ 1KΩ đến 4,7KΩ.
Các trình tự lần lượt của việc truyền bit trên đường truyền của chuẩn I2C gồm các bước:
1 Xuất phát ở thiết bị chủ (master) sẽ tạo điều kiện để khởi động (start) Thông báo về điều kiện này sẽ được truyền tới cho các thiết bị tớ (slave) về thông tin các dữ liệu truyền trên đường truyền
2 Sau đó, thiết bị chủ có trách nhiệm gửi địa chỉ của thiết bị tớ gắn cờ để đọc hoặc ghi dữ liệu
3 Khi nhận thấy địa chỉ được gửi từ thiết bị chủ đã trùng khớp thiết bị tớ trên I2C sẽ phản hồi bằng một xung ACK
4 Lúc này, những giao tiếp đầu tiên giữa hai thiết bị chủ tớ bắt đầu Kể cả đối với thiết bị chủ hoặc tớ, đều có thể tiếp nhận hoặc truyền đi dữ liệu, tùy vào việc truyền thông của đọc và viết
5 Khi kết thúc các bước, điều kiện dừng (stop) sẽ được tạo ra bởi thiết bi chủ
2.3.2 Giao tiếp SPI Đối với các thiết bị sử dụng SPI để giao tiếp, luôn đi cùng mối quan hệ giữa master và slave Master hay còn gọi là thiết bị chủ, dùng để điều khiển Bên cạnh đó, các thiết bị liên quan đến cảm biến, màn hình thường là thiết bị tớ (slave) Một cấu hình cho SPI thường không phức tạp nếu chỉ cần một hệ thống master, một slave, hoặc đối với một master vẫn có thể điều khiển nhiều slave
Các thiết bị giao tiếp qua SPI hoạt động theo mô hình master - slave, trong đó master là thiết bị điều khiển, thường là vi điều khiển, và slave là các thiết bị nhận lệnh từ master, như cảm biến, màn hình hoặc chip nhớ.
Hình 2 5 Sơ đồ kết nối giao thức SPI
- MOSI (Đầu ra master /Đầu vào slave): Master gửi dữ liệu đến slave
- MISO (Đầu vào master/Đầu ra slave): Slave gửi dữ liệu đến master
- SCLK (xung clock): cho tín hiệu xung clock
- SS/CS (Slave Select/Chip Select): master chọn slave để gửi dữ liệu đến
Hệ thống này có thể được cấu hình để hoạt động với một master và một slave duy nhất Tuy nhiên, nếu sử dụng nhiều slave, tất cả có thể được điều khiển bởi một master chung.
Hình 2 6 Sơ đồ kết nối một Master với nhiều Slave
2.3.3 Giao tiếp UART Được biết đến là bộ thu và phát sóng một cách không đồng bộ So với các giao thức như SPI, I2C thì UART thường thấy trong các bộ vi điều khiển hay IC độc lập dưới dạng một mạch vật lý UART giữ vai trò truyền và nhận các dạng dữ liệu nối tiếp Điểm đặc biệt của giao thức này là chỉ sử dụng hai dây để truyền dữ liệu tới các thiết bị với nhau Giữa hai hoặc nhiều UART sẽ giao tiếp với nhau bằng cách trực tiếp, kèm theo khả năng chuyển đổi dữ liệu song song từ thiết bị điều khiển thành thiết bị nối tiếp
Hình 2 7 Sơ đồ giao tiếp UART
Bus dữ liệu là phương tiện chính để UART thực hiện việc gửi và nhận dữ liệu Nó truyền dữ liệu từ các thiết bị như CPU, bộ nhớ và vi điều khiển đến UART Dữ liệu sẽ được truyền song song từ các thiết bị này đến UART.
[5] Có các thông số chính sau trong giao tiếp:
- Baud rate: Thời gian cần thiết để truyền một bit Chính xác cả gửi và nhận đều được đặt giống nhau
- Frame: là khung truyền được chỉ định cho mỗi lần truyền gói tin bao nhiêu bit
Start bit là bit đầu tiên trong frame, có vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu từ thiết bị Nó thông báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu sắp được gửi đến Đây là một bit bắt buộc trong quá trình truyền thông.
Dữ liệu cần truyền được bắt đầu bằng bit có trọng số nhỏ nhất (LSB) và tiếp theo là bit quan trọng nhất (MSB) Để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu, cần thực hiện kiểm tra bit chẵn lẻ.
Stop Bits là các bit cần thiết giúp thiết bị nhận xác nhận rằng các bit đã được gửi hoàn tất Chúng đảm bảo tính chính xác của dữ liệu bằng cách kiểm tra khung được truyền Đây là một thành phần không thể thiếu trong quá trình truyền thông.
Firebase là nền tảng phát triển ứng dụng mạnh mẽ, hỗ trợ người dùng trong việc xây dựng và phát triển các ứng dụng và trò chơi yêu thích Được Google hỗ trợ, Firebase đã trở thành lựa chọn tin cậy cho hàng triệu doanh nghiệp trên toàn cầu.
Khu vực nuôi gà
Người nuôi gà cần điều chỉnh mức nhiệt độ chuồng theo từng giai đoạn tuổi khác nhau Đối với phòng ấp trứng, có thể chia thành ba giai đoạn cụ thể.
- Giai đoạn 1: từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 7, duy trì mức nhiệt độ chuồng từ 37.5 – 37.8 °C
- Giai đoạn 2: từ ngày thứ 8 đến ngày thứ 18, duy trì mức nhiệt độ chuồng từ 37.4 – 37.6 °C
- Giai đoạn 3: từ ngày thứ 19 cho đến khi gà nở, nhiệt độ chuồng luôn được duy trì ở mức 37.2 °C
Tỉ lệ nở của trứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng vỏ trứng (dày hay mỏng), kích thước và phôi trứng Do đó, nông dân nên thực hiện ấp thử từ một đến hai lứa trứng để điều chỉnh nhiệt độ phù hợp nhất cho quá trình nở.
2.4.2 Khu vực nuôi gà mới nở Đầu tiên cần chọn ra những con giống có chất lượng an toàn, đảm bảo được những tiêu chuẩn về sức khỏe như: con giống không quá nhỏ, lông mượt, không chảy nước mũi, mắt… Đặc biệt là con giống cần được mua ở những cơ sở uy tín, nguồn gốc rõ ràng
[7] Tương tự như với cách ấp trứng, khu vực nuôi gà con mới nở cũng được chia theo từng giai đoạn tuổi khác nhau
- Đối với gà con dưới 1 tuần tuổi: nhiệt độ chuồng nên được giữ ở mức 32 – 34 °C
- Đối với gà con từ 2 tuần tuổi: duy trì mức nhiệt độ chuồng 31 – 32 °C
- Đối với gà con từ 3 tuần tuổi: duy trì mức nhiệt độ chuồng 30 – 31 °C
- Đối với gà con từ 4 tuần tuổi: nhiệt độ chuồng nên được giữ ở mức 28 – 30 °C
Mặc dù mức nhiệt độ chuẩn đã được áp dụng rộng rãi trong các trang trại, nhưng trong quá trình úm gà, nếu gà con xuất hiện bất kỳ biểu hiện bất thường nào, người nuôi cần nhanh chóng điều chỉnh nhiệt độ úm để phù hợp với tình trạng thực tế của gà.
2.4.3 Khu vực nuôi gà trưởng thành
Khi gà con phát triển, việc tách chúng ra khỏi khu vực úm là cần thiết để tối ưu hóa nhiệt độ cho gà trưởng thành Đối với gà từ 8 đến 16 tuần tuổi, cần thiết lập các mức nhiệt độ chuồng phù hợp để đảm bảo sức khỏe và sự phát triển tối ưu cho gà.
- Mức nhiệt độ lý tưởng: 20 °C
- Mức nhiệt độ đề phòng: 5 – 10 °C/ 25 – 30 °C
- Mức nhiệt độ nguy hiểm cần chú ý: trên 30 °C hoặc dưới 5 °C.
Ánh sáng trong chuồng trại
Ánh sáng có ảnh hưởng lớn đến hành vi và thói quen sống của gà, với ánh sáng không phù hợp có thể dẫn đến hiện tượng mổ lẫn nhau hoặc tụ tập ở góc chuồng Ngược lại, ánh sáng thích hợp giúp lông gà trở nên mượt mà và có màu sắc đẹp hơn, mang lại nhiều lợi ích khác Do đó, việc điều chỉnh mức độ và thời gian chiếu sáng cho gà là rất quan trọng.
[9] Dựa vào từng giai đoạn, con giống hoặc độ thông thoáng từ môi trường nuôi khác nhau, mà đưa ra các mức chiếu sáng tương ứng:
- Giai đoạn gà con mới nở: chiếu sáng 22 tiếng trong ngày, 2 tiếng ngưng không chiếu sáng
- Giai đoạn gà từ 4 – 7 ngày tuổi: chiếu sáng 21 tiếng trong ngày, 3 tiếng ngưng không chiếu sáng
- Giai đoạn gà từ 8 – 14 ngày tuổi: sử dụng chế độ chiếu sáng ngắt quãng Khoảng 4 tiếng chiếu sáng xen kẽ 2 tiếng trong tối, xuyên suốt trong ngày
- Gà sau 2 tuần tuổi, một ngày chỉ cần chiếu sáng 10 tiếng
- Đối với gà sau 3 tuần tuổi, chỉ chiếu 8 tiếng 1 ngày
- Đối với gà sau 16 tuần tuổi, giữ mức chiếu sáng khoảng 16 tiếng 1 ngày
Chiếu sáng ngắt quãng giúp gà nghỉ ngơi và đồng bộ hóa các hoạt động ăn uống Vào những buổi sáng nắng, cần chiếu sáng vào chuồng để diệt khuẩn, làm khô chất độn chuồng và đảm bảo thông khí.
Các loại vắc-xin dùng cho gà
Nền nông nghiệp Việt Nam, đặc biệt là ngành chăn nuôi, đang phát triển mạnh mẽ theo biến chuyển của thị trường, với sản phẩm từ gà trở thành mặt hàng thiết yếu tại các chợ và siêu thị Tuy nhiên, sự phát triển này cũng đi kèm với nguy cơ từ dịch bệnh, gây khó khăn cho người nông dân và ảnh hưởng đến người tiêu dùng Do đó, việc tiêm phòng cho gà được đặc biệt chú trọng trong quá trình phát triển của chúng Bài viết này sẽ liệt kê các loại vắc-xin phổ biến và khuyến nghị sử dụng theo từng giai đoạn tuổi của gà.
Lịch tiêm phòng cho từng khu vực chuồng trại sẽ được điều chỉnh tùy thuộc vào giai đoạn nuôi và phương pháp nuôi.
- Đối với gà 1 ngày tuổi: cần tiêm vắc-xin IB, phòng các bệnh viêm phế quản truyền nhiễm
- Đối với gà 3 ngày tuổi: tiêm vắc-xin niu-cát-xơn, phòng bệnh niu-cát-xơn
- Đối với gà 7 ngày tuổi: tiêm vắc-xin đậu gà, phòng bệnh đậu cho gà
- Đối với gà 10 ngày tuổi: tiêm vắc-xin Gumboro, phòng bệnh Gumboro
- Đối với gà 15 ngày tuổi: tiêm vắc-xin cúm gia cầm H5N1, phòng chống dịch cúm gia cầm
Ngoài ra cần quan tâm tới liều lượng của từng loại vắc-xin đối với thể trạng đàn gà, để đưa ra mức căn chỉnh phù hợp nhất
- Vắc-xin IB: Khuấy đều 10 ml nước cất cho mỗi lọ 100 liều, nhỏ ở khu vực mũi hoặc miệng 2 giọt/con
- Vắc-xin niu-cát-xơn: Khuấy đều 10 ml nước muối sinh lý đã được làm mát cho lọ
100 liều, nhỏ ở khu vực miệng 2 giọt/con hoặc khu vực mắt mỗi bên 1 giọt
Vắc-xin đậu gà được pha bằng cách khuấy đều 1 ml nước muối sinh lý đã làm mát vào lọ 100 ml Sử dụng kim chủng y tế hoặc kim may máy để tiêm vào vùng da mỏng hoặc mặt trong cánh gà.
Vắc-xin Gumboro cần được pha với 10 ml nước muối sinh lý đã làm mát, sau đó nhỏ vào miệng mỗi con 2 giọt hoặc nhỏ vào mỗi bên mắt 1 giọt.
- Vắc-xin H5N1: Tiêm dưới vùng da cổ, liều 0,3ml/con
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
Yêu cầu người dùng
Hệ thống yêu cầu các công năng và tính năng:
- Hệ thống cho phép cảm biến thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm tại chuồng trại
Hệ thống điều khiển tự động giúp bật và tắt thiết bị như đèn sưởi và quạt thông gió khi nhiệt độ xuống thấp hoặc vượt quá mức cho phép Ngoài ra, hệ thống còn tự động châm nước dựa trên dữ liệu đo mực nước từ cảm biến siêu âm.
- Hệ thống điều khiến đèn chiếu sáng tự động theo giờ và theo từng giai đoạn tuổi của gà
- Phát hiện được trạng thái phân bổ đàn gà đang có trong chuồng Nếu có sự tập trung bất thường sẽ gửi cảnh báo đến người dùng
Người dùng có thể theo dõi thông tin về gà và các thiết bị trong chuồng thông qua ứng dụng điện thoại Bên cạnh đó, ứng dụng cũng cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ xa một cách tiện lợi.
- Có thể dùng mã QR để có thể truy xuất thông tin về nguồn gốc, các loại vacxin đã tiêm, thời gian cần tiêm các loại vacxin.
Yêu cầu về kỹ thuật
Hệ thống yêu cầu các chức năng kỹ thuật:
- Hệ thống thu thập được các thông tin về nhiệt độ, độ ẩm không khí, thông tin tình trạng mực nước từ các cảm biến
Hệ thống có khả năng tính toán và xử lý thông tin từ cảm biến, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển chính xác để bật hoặc tắt thiết bị.
- Hệ thống phát hiện được sự phân bố của đàn gà trong khu vực chuồng
- Hệ thống cho phép kết nối và điều khiển thiết bị qua ứng dụng di động
- Hệ thống có thể lưu trữ được một lượng lớn các thông số, dữ liệu về các cá thể gà
Hệ thống nhận diện mã QR cho từng cá thể trong trại, giúp truy xuất và giám sát thông tin đàn gà một cách hiệu quả.
Một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác cho mô hình là các đặc tính kỹ thuật Những đặc tính này cung cấp thông tin chi tiết về khả năng, hiệu suất và tính năng của thiết kế Trong thiết kế trang trại nuôi gà, có một số đặc tính kỹ thuật cần chú ý.
Các loại cảm biến có độ chính xác khác nhau tùy thuộc vào thiết kế và nguyên liệu chế tạo Đặc biệt, độ nhạy cảm trong quá trình phát triển của gà rất phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm, nhất là trong giai đoạn ấp trứng Nhiệt độ lý tưởng cho gà thường chênh lệch từ 3-4 °C, trong khi độ ẩm tối ưu nằm trong khoảng 50-70% Do đó, sai số cho phép của cảm biến đo nhiệt độ môi trường là ± 2 °C và độ ẩm không khí là ± 5%.
Hệ thống điều khiển thiết bị qua ứng dụng điện thoại sử dụng mạng Wifi, do đó cần thời gian chờ để truyền và xử lý dữ liệu Trong trang trại chăn nuôi gà, thời gian phản hồi không cần ngay lập tức, nên khoảng thời gian cho phép thiết bị phản hồi với lệnh từ người dùng hoặc hệ thống là dưới 5 giây.
Ứng dụng điện thoại sẽ là giao diện chính cho người dùng quản lý và theo dõi thông tin trang trại, yêu cầu các chức năng như bật tắt thiết bị, theo dõi trạng thái hoạt động và kiểm tra thông tin cá thể gà, bao gồm tiêm phòng, ngày nở và ngày xuất chuồng Độ chính xác của thông tin về ngày tháng là rất quan trọng trong việc quản lý đàn gà, do đó, các thông số hiển thị trên ứng dụng phải có sai số cho phép dưới 1 ngày.
- Đối với mô hình hoạt động trong trại chăn nuôi gà, do cần phải hoạt động liên tục
Trong vòng 24 giờ, công suất tiêu thụ của hệ thống cần được điều chỉnh hợp lý để đảm bảo sự cân bằng với lợi nhuận thu được từ trang trại gà Do đó, mức công suất tiêu thụ tối đa cho mô hình này là 300W.
Thiết kế hệ thống
Mô hình tổng thể bao gồm ba khu vực nuôi nhốt gà riêng biệt: khu ấp trứng, khu nuôi gà mới nở và khu nuôi gà trưởng thành Mỗi khu vực được trang bị hệ thống sưởi và quạt thông gió riêng, đảm bảo nhiệt độ và môi trường tối ưu cho sự phát triển của gà Hệ thống còn tích hợp kết nối với ứng dụng điện thoại, cho phép người dùng điều khiển và giám sát các thiết bị cũng như theo dõi thông tin về gà qua Internet.
Hình 3 1 Sơ đồ đặc tả của hệ thống
Sơ đồ khối hệ thống
Mô hình tổng thể của hệ thống bao gồm các khối chức năng riêng biệt, được liên kết chặt chẽ với nhau Các khối này bao gồm khối xử lý, khối thiết bị, khối cảm biến, khối giao tiếp internet, khối lưu trữ dữ liệu và khối nguồn, tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh và hiệu quả.
Hình 3 2 Sơ đồ khối hệ thống
Khối cảm biến có nhiệm vụ nhận tín hiệu dữ liệu và thực hiện việc đo đạc, phân tích các thông số từ môi trường như nhiệt độ và mực nước Sau khi thu thập thông tin, khối cảm biến sẽ gửi tín hiệu về khối xử lý để tiếp tục xử lý và phân tích.
Khối xử lý nhận tín hiệu dữ liệu từ khối cảm biến và thông tin từ khối giao tiếp internet, sau đó thực hiện xử lý thông tin để đưa ra các tín hiệu điều khiển thiết bị tại khối thiết bị.
- Khối thiết bị: nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý, cho phép thiết bị thực hiện tác vụ đúng với thông tin, dữ liệu nhận vào
Khối giao tiếp Internet thực hiện việc truyền và nhận dữ liệu trực tiếp với khối lưu trữ dữ liệu Dữ liệu sẽ được lưu trữ hoặc lấy từ khối này, và luồng dữ liệu mà khối nhận được sẽ được sàng lọc theo nhu cầu thông tin của người dùng.
Khối lưu trữ dữ liệu (database) nhận và lưu trữ dữ liệu từ khối giao tiếp internet, đồng thời gửi thông tin thu nhận từ người dùng đến khối giao tiếp này Thông tin trong khối lưu trữ sẽ được cập nhật thường xuyên, phù hợp với thời điểm và nhu cầu mà người dùng thiết lập.
Khối điều khiển ứng dụng có chức năng nhận dữ liệu điều khiển và gửi đến khối lưu trữ, đồng thời nhận dữ liệu từ khối lưu trữ để hiển thị thông tin cho người dùng.
- Khối nguồn: cấp nguồn cần thiết cho các khối hoạt động.
Thiết kế chi tiết
Việc thiết kế mô hình tổng thể một cách trực quan và các sơ đồ khối của hệ thống là bước đầu tiên quan trọng trong quá trình phát triển Từ thiết kế mô hình tổng thể, chúng ta sẽ tiến hành phân tích chức năng và nhiệm vụ của từng khối một cách chi tiết Đồng thời, thiết kế chi tiết cũng giúp lựa chọn linh kiện phù hợp với đầy đủ chức năng theo yêu cầu Trong bối cảnh ngành kỹ thuật đang phát triển mạnh mẽ, số lượng linh kiện điện tử trên thị trường ngày càng tăng, cùng với sự phát triển của các cửa hàng kinh doanh thiết bị, đặc biệt là khu vực gần các trường đại học có ngành điện tử Tuy nhiên, mỗi dự án của sinh viên sẽ có những yêu cầu riêng về linh kiện, bao gồm đặc điểm, phân khúc giá và nguồn cung cấp khác nhau để phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.
Khối thiết bị bao gồm các thiết bị thực hiện công việc bơm nước, nâng hạ máng ăn, chiếu sáng, sưởi ấm và làm mát chuồng trại theo yêu cầu từ khối xử lý Các thiết bị được lựa chọn trong khối này gồm động cơ bơm nước, đèn chiếu sáng, đèn sưởi, quạt, servo và relay.
Để đáp ứng nhu cầu nước uống cho đàn gà trong chăn nuôi, hệ thống máng uống đã được cải tiến bằng cách sử dụng cảm biến siêu âm để thu thập dữ liệu mực nước Dữ liệu này được xử lý để điều khiển động cơ bơm nước, đảm bảo cung cấp nước liên tục cho gà.
Trong mô hình trang trại với 20-30 con gà mỗi chuồng, việc cung cấp lưu lượng nước hợp lý là rất quan trọng Lượng nước cần thiết không được quá ít để đáp ứng nhu cầu của đàn gà, đồng thời cũng không được quá nhiều để tránh tình trạng nước chảy tràn ra ngoài.
Việc sử dụng 27 máng uống không chỉ gây mất vệ sinh cho chuồng trại mà còn có thể tạo điều kiện cho các loại vi-rút gây hại phát sinh trong đàn Để đảm bảo cung cấp nước đầy đủ, mỗi máng uống cần có lưu lượng nước tối thiểu là 1.5 lít trong vòng 1 phút Đối với các máng nước có dung tích từ 1.5-2 lít cho gà, việc lựa chọn máy bơm mini phù hợp với yêu cầu này là rất quan trọng.
Khi lựa chọn động cơ bơm nước, cần xem xét đặc tính của hệ thống và yêu cầu cụ thể, đảm bảo động cơ đạt công suất, lưu lượng nước và điện áp phù hợp để cung cấp nước cho các máng trong chuồng Dưới đây là danh sách một số loại máy bơm mini hiện có trên thị trường.
Motor RS385 là một máy bơm mini lý tưởng cho các hòn nam bộ và tưới cây, với khả năng đẩy nước lên khoảng 3m và lưu lượng nước từ 1.5-2 lít/phút Áp suất của motor này đủ mạnh để sử dụng với vòi phun, tạo ra hệ thống phun hiệu quả cho các dự án thiết kế.
Máy bơm RS385 có khả năng xử lý chất lỏng nóng lên đến 80°C và khi được cung cấp năng lượng phù hợp, có thể hút nước từ độ cao 2m và bơm nước theo chiều dọc lên đến 3m Đặc biệt, máy hoạt động với mức âm thanh dưới 30dB, giúp giảm căng thẳng cho đàn gà khi có tiếng động mạnh.
Máy bơm nước áp lực mini G24-ZYB mang lại sự đa dạng trong các ứng dụng sử dụng, phù hợp cho hệ thống máy công nghiệp, vệ sinh máy lạnh và làm sạch xe Sản phẩm này thuộc dòng máy áp lực tự động, giúp nâng cao hiệu quả công việc.
Căn cứ vào yêu cầu từ mô hình mô phỏng của đề tài, dự án sẽ lựa chọn linh kiện dựa trên yêu cầu như sau:
Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật máy bơm
RS385 G24-ZYB Yêu cầu thực tế Điện áp đầu vào
Nhiệt độ nước tối đa (°C) 80 130 50
Dựa trên việc so sánh yêu cầu thực tế của thiết bị máy bơm với các thông số về điện áp và lưu lượng bơm, dự án đã quyết định chọn RS385 để cung cấp nước cho máng nước trong hệ thống chuồng, đạt được kết quả tối ưu nhất theo các tiêu chí đề ra.
Ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong chăn nuôi gà, ảnh hưởng đến thói quen sinh hoạt của chúng Mỗi độ tuổi gà cần cường độ ánh sáng khác nhau, với mức tối ưu là 5-10 Lux/m Việc đảm bảo chuồng gà thông thoáng và đón ánh sáng tự nhiên là cần thiết, cùng với thời gian chiếu sáng phù hợp theo từng giai đoạn phát triển Hiện nay, các loại bóng đèn chiếu sáng phổ biến bao gồm đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn LED.
Đèn sợi đốt đáp ứng nhu cầu sử dụng và thân thiện với môi trường, rất phù hợp cho các ứng dụng chăn nuôi gia cầm Bên cạnh đó, loại đèn này cũng có thể được sử dụng hiệu quả trong phòng lạnh.
Đèn sợi đốt có tuổi thọ ngắn, chỉ từ 1000 đến 2000 giờ, và tiêu tốn nhiều điện năng, với chỉ 6-7% năng lượng được chuyển hóa thành ánh sáng.
Đèn huỳnh quang là giải pháp lý tưởng cho chăn nuôi gà nhờ khả năng cung cấp ánh sáng trắng đồng đều và thời lượng chiếu sáng phù hợp, đồng thời có giá thành hợp lý.
Một nhược điểm của loại đèn này là nó chứa thủy ngân và phát ra tia UV, điều này có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe khi tiếp xúc với ánh sáng trong thời gian dài.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Hình 3 7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Thi công phần cứng
Bộ trung tâm được thiết kế và cố định trong khu vực chuồng trại, dựa trên mô hình thực tế của các trang trại chăn nuôi Vật liệu bao gồm 6 tấm bìa A3 (297x420mm), keo silicon để gắn kết, 8 vít xoắn 2ly cho 4 máy bơm, cùng với 5 hàng rào và 1 thảm cỏ trang trí, cùng 1 ống nước để kết nối máy bơm.
Hình 3 8 Hình ảnh mô hình tổng thể hệ thống
Mô hình hệ thống được thiết kế với 4 ngăn, bao gồm 1 phòng ấp và 2 phòng nuôi nhốt gà trưởng thành Khu vực còn lại là khu vực trống, được trang bị màn hình TFT để theo dõi tình trạng phân bổ của đàn gà.
Trong phòng ấp, cần có một bóng đèn sưởi, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, cùng với quạt thông gió để đảm bảo môi trường lý tưởng cho trứng Đối với phòng nuôi gà trưởng thành, các thiết bị thiết yếu bao gồm bóng đèn sưởi, bóng đèn chiếu sáng, quạt thông gió và hệ thống máng ăn nhằm cung cấp điều kiện sống tốt nhất cho gà.
Màn hình LCD TFT được lắp đặt ở khu vực trống, giúp người dùng dễ dàng quan sát và điều khiển thiết bị một cách thuận tiện.
Máy bơm nước được bố trí riêng biệt và che chắn để tạo tính thẩm mỹ cũng như giữ vệ sinh khô thoáng cho bề mặt chuồng
Sau khi lắp đặt thiết bị cho các phòng nuôi gà, việc lắp đặt và đi đường dây điện dưới mô hình được thực hiện để tạo tính thẩm mỹ và tránh ảnh hưởng đến khu vực nuôi nhốt gà Hệ thống này bao gồm 8 bộ relay và 1 board mạch ESP32.
Thiết kế phần mềm
● Lưu đồ kết nối Firebase
Hình 3 9 Lưu đồ chương trình kết nối Firebase
Để bắt đầu, hệ thống được khởi tạo và kết nối Wifi Tiếp theo, kết nối đến cơ sở dữ liệu Firebase được thiết lập để lấy thông tin trạng thái thiết bị Sau đó, giá trị từ các cảm biến được đọc và gửi về cơ sở dữ liệu Hệ thống tiếp tục đọc trạng thái thiết bị từ cơ sở dữ liệu để điều khiển việc bật và tắt thiết bị dựa trên dữ liệu nhận được Cuối cùng, vòng lặp sẽ quay lại bước khởi tạo kết nối đến cơ sở dữ liệu Firebase để xử lý thông tin lưu trữ.
● Lưu đồ chương trình xử lý
Hình 3 10 Lưu đồ chương trình xử lý
Thiết kế lưu đồ xử lý giúp giải thích quy trình đọc, lưu trữ giá trị và xử lý các điều kiện trong chăn nuôi gà Đầu tiên, hệ thống được khởi tạo và kết nối mạng Wifi Sau đó, tiến hành đọc giá trị thời gian thực và kết nối đến cơ sở dữ liệu Firebase để lấy thông tin trạng thái thiết bị Tiếp theo, các cảm biến được đọc giá trị: cảm biến DHT11 đo nhiệt độ và độ ẩm, từ đó điều chỉnh đèn sưởi và quạt thông gió Cảm biến siêu âm kiểm tra mực nước trong máng uống để đảm bảo đủ nước cho gà Cuối cùng, cảm biến hồng ngoại AMG8833, khi kết nối với màn hình TFT, phát hiện và hiển thị hình ảnh hồng ngoại khi có dấu hiệu bất thường trong đàn gà, dựa trên dữ liệu cảm biến thu thập được.
Sau khi kích hoạt, thiết bị sẽ được bật hoặc tắt dựa trên điều kiện và gửi dữ liệu lên Firebase Tiếp theo, trạng thái thiết bị sẽ được đọc từ cơ sở dữ liệu, từ đó điều chỉnh bật hoặc tắt thiết bị theo dữ liệu nhận được Quá trình này sẽ lặp lại, bắt đầu từ việc lấy thông tin dữ liệu thiết bị từ Firebase để xử lý.
3.8.2 Lập trình vi điều khiển Ở thời điểm hiện tại, đối với vi điều khiển ESP32, ứng dụng hỗ trợ mạnh nhất cho việc lập trình thiết bị này là IDE Arduino Ứng dụng này được phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình Java Khi sử dụng Arduino IDE, người dùng có thể viết ngôn ngữ lập trình cho vi xử lý Sự phát triển mạnh mẽ của ứng dụng này được thể hiện qua việc nó được phát triển để chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Windows, MAC OS hay Linux Code editor được xem như một phần của chương trình ứng dụng bao gồm các chức năng như tự động liên kết các biến giá trị phù hợp, tự động canh lề hay đánh dấu cho cú pháp
Công cụ này hỗ trợ hiệu quả trong việc tìm kiếm thư viện thiết bị, nạp code vào vi điều khiển, tìm kiếm thiết bị tương ứng và kiểm tra code Đặc biệt, nó còn có tính năng Serial Monitor, cho phép quan sát quá trình chạy của code, từ đó giúp cải thiện quy trình phát triển phần mềm cho dự án.
3.8.3 Lập trình ứng dụng trên điện thoại có hỗ trợ Android
Ngày nay, hệ điều hành Android ngày càng phổ biến trên nhiều điện thoại và thiết bị điện tử, nhờ vào kho ứng dụng Google Play đa dạng Sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng trên điện thoại đáp ứng nhu cầu người dùng ngày càng cao Trong dự án này, ứng dụng MIT App Inventor được chọn để xây dựng và tối ưu hóa các tác vụ cần thiết Để sử dụng MIT App, người dùng cần truy cập trang web, đăng ký hoặc đăng nhập tài khoản Google để quản lý dự án Tại giao diện web, người dùng chọn "Start New Project" để đặt tên cho dự án và tạo các khối thiết kế từ công cụ có sẵn của MIT App Inventor.
Trong thiết kế ứng dụng, người dùng có thể dễ dàng kéo thả các khối chức năng như nút nhấn, chữ viết và hình ảnh để tạo giao diện theo nhu cầu và sở thích cá nhân Bên cạnh đó, các công cụ hỗ trợ liên kết với cơ sở dữ liệu như Firebase và Database của MIT, cùng với các tính năng như đồng hồ hẹn giờ và phân chia bố cục, giúp tăng cường khả năng đa dạng hóa ứng dụng.
Hình 3 11 Giao diện thiết kế ứng dụng của MIT App Inventor
Sau khi hoàn thành thiết kế giao diện, người dùng có thể lập trình các chức năng bằng cách kéo thả các khối trong MIT App Inventor Việc lập trình này rất dễ tiếp cận, đặc biệt cho người mới bắt đầu thiết kế ứng dụng di động và lập trình các chức năng cơ bản Khi đã nắm vững các tính năng cơ bản, người dùng có thể nâng cao kỹ năng với các tính năng phức tạp hơn như giao tiếp với cơ sở dữ liệu và gọi thiết bị trong hệ thống để thực hiện các tác vụ theo yêu cầu.
3.8.4 Lập trình giao tiếp giữa Google Sheets và cơ sở dữ liệu Firebase Để có thể giao tiếp được giữa các cơ sở dữ liệu Firebase và Google Sheets, cần phải sử dụng Google App Script do chính Google phát triển Google Apps Script là một nền tảng lập trình dựa trên đám mây được cung cấp bởi Google, cho phép người dùng tạo ra các ứng dụng và kịch bản tương tác với các dịch vụ của Google như Google Sheets, Google Docs, Google Drive và nhiều dịch vụ khác Với Google Apps Script, người dùng có khả năng mở rộng tính năng của các ứng dụng Google, tạo ra các quy trình tự động và tùy chỉnh các ứng dụng theo nhu cầu của người dùng
Google Apps Script, được phát triển từ JavaScript, mang lại cho người dùng khả năng dễ dàng tạo và quản lý ứng dụng tùy chỉnh trong hệ sinh thái Google Công cụ này cho phép tự động hóa công việc, xử lý dữ liệu, tạo biểu đồ và tương tác với các dịch vụ và API bên ngoài, giúp tăng cường hiệu suất làm việc.
Giao diện biên dịch của ứng dụng rất dễ sử dụng Sau khi lập trình xong, người dùng cần triển khai script và cấp quyền cho ứng dụng để truy cập thông tin xử lý Sau khi hoàn tất triển khai, người dùng sẽ nhận được ID để kết nối với các ứng dụng khác.
KẾT QUẢ - NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
Kết quả so sánh
Sau khi hoàn tất thi công phần mềm và phần cứng, sản phẩm trại gà ứng dụng công nghệ IoT đã được kiểm tra với các yêu cầu:
- Các thông số đo được từ cảm biến đúng hoặc gần đúng với sai số cho phép
- Các thiết bị có thể bật tắt tự động theo các giá trị đã được xử lý nhận được từ cảm biến
Giao diện ứng dụng điều khiển được lập trình chính xác, cho phép theo dõi đầy đủ thông tin của từng cá thể gà Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng mã QR để dễ dàng truy vấn thông tin cần thiết.
- Các dữ liệu về thông tin của gà được tính toán chính xác
● Kết quả thu được từ cảm biến
Sau khi tiến hành đo đạc và thử nghiệm, ở các loại cảm biến khác nhau nhóm thu về được các kết quả khác nhau cho các loại Cụ thể ở:
Cảm biến nhiệt độ DHT11 đã được nhóm sử dụng để đo đạc nhiệt độ và độ ẩm môi trường, song song với nhiệt kế và ẩm kế Các giá trị thu thập được từ ba thiết bị cảm biến hiện có đã được chọn ngẫu nhiên Kết quả cho thấy phản hồi của DHT11 phù hợp với các điều kiện nhân tạo mà nhóm tạo ra, như việc đưa nguồn nhiệt gần và xa cảm biến, cũng như xịt hơi ẩm vào cảm biến Thông tin chi tiết về kết quả đo đạc có thể được tham khảo trong bảng.
Bảng 4 1 Bảng so sánh giá trị cảm biến DHT11
Số lần DHT11 Nhiệt kế/Ẩm kế
Nhiệt độ (°C) Độ ẩm (%) Nhiệt độ (°C) Độ ẩm (%)
Sau khi thực hiện so sánh, kết quả thu được cho thấy cảm biến DHT11 hoạt động tốt và đúng với yêu cầu
Cảm biến siêu âm đo mực nước bằng cách so sánh giá trị đo được với mực nước được đánh dấu trên thân bình chứa Các thông số đo được sẽ được trình bày trong bảng sau khi thực hiện các phép đo khác nhau.
Bảng 4 2 Bảng so sánh giá trị đo mực nước
Số lần Cảm biến siêu âm (%) Vạch nước (%)
Sau khi đo, chiều dài cảm biến không khớp với kích thước bình chứa, dẫn đến việc cảm biến hiển thị giá trị 20% khi bình không có nước Khi lượng nước trong bình tăng, giá trị cảm biến dần trở nên chính xác hơn với mức nước thực tế Tuy nhiên, khi mực nước đạt đến mức cao, độ chính xác của cảm biến giảm sút, không còn đáng tin cậy.
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại AMG8833 có khả năng đo nhiệt độ với độ phân giải 8x8, cho phép hiển thị kết quả trực tiếp trên màn hình TFT Các giá trị nhiệt độ được phân bổ qua các dải màu sắc khác nhau, mang lại sự trực quan và dễ dàng trong việc theo dõi nhiệt độ.
Cảm biến AMG8833 cho phép đo nhiệt độ từ 25-40 °C và hiển thị phản hồi màu sắc từ xanh dương đến đỏ Qua quá trình kiểm tra, nhóm nhận thấy rằng cảm biến hoạt động hiệu quả trong dải nhiệt độ này, cho phép hiện thị hình ảnh bàn tay khi đưa vào cảm biến.
Hình 4 1 Kết quả thu được từ camera cảm nhiệt
Sau khi đo đạc và thử nghiệm các loại cảm biến, nhóm đã quan sát tình trạng bật tắt của các thiết bị dựa trên thông số nhận vào Kết quả cho thấy phản hồi từ thiết bị chính xác với các điều kiện đã được quy định trong thuật toán, bao gồm việc bật tắt đèn sưởi và quạt thông gió khi nhiệt độ vượt ngưỡng, cùng với việc điều chỉnh máy bơm theo lượng nước còn trong bình chứa.
Giao diện ứng dụng điều khiển được phát triển từ MIT App Inventor cho phép nhóm thực hiện đầy đủ các chức năng bật tắt thiết bị, đồng thời nhận phản hồi chính xác về trạng thái của thiết bị.
Hình 4 2 Giao diện điều khiển cho tất cả các phòng
Trên giao diện chính của ứng dụng, phòng PAII cung cấp các nút nhấn cho phép người dùng dễ dàng chọn giờ mở đèn, điều chỉnh thiết bị nâng hạ máng ăn, và bật/tắt hệ thống bơm nước, quạt cùng đèn sưởi.
Người dùng có thể kiểm tra tình trạng thiết bị của các phòng thông qua giao diện thông tin phòng.
Người dùng có thể chọn mã số tương ứng với từng lứa gà để xem thông tin về ngày tuổi, nhiệt độ và độ ẩm trong phòng Thông tin về thời gian chiếu sáng đèn và tình trạng mực nước cũng được hiển thị rõ ràng Bên cạnh đó, người dùng có khả năng bật hoặc tắt hệ thống đèn và bơm nước dễ dàng.
Bài viết đề cập đến các tính năng nổi bật như tạo mã QR cho từng con gà, kiểm tra thông tin cá thể, và cập nhật thông tin về tiêm phòng vacxin Thời gian bắt đầu đăng ký mã QR và thời gian xuất chuồng của gà đều được tính toán chính xác, đảm bảo tính minh bạch và hiệu quả trong quản lý.
Tính năng chọn địa chỉ Google Drive để lưu trữ mã QR giúp người dùng dễ dàng quản lý và in ấn mã QR một cách hiệu quả Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên 4 tài khoản Google Drive khác nhau và luôn nhận được mã QR ngay khi đăng ký trong ứng dụng.
Hình 4 4 Đăng kí mã QR cho gà
● Các dữ liệu về thông tin của gà
Dữ liệu tiêm phòng cho gà và việc cập nhật thông tin về vacxin mang lại kết quả chính xác khi thực hiện tính toán thực tế Các quy trình thao tác đơn giản và dễ sử dụng giúp nông dân lớn tuổi, những người ít quen thuộc với thiết bị điện tử như điện thoại, có thể dễ dàng làm quen và thực hiện.
Dữ liệu của gà sẽ được tự động cập nhật trong Google Sheets khi thông tin được nhập, với các phép tính diễn ra trực tiếp tại nơi lưu trữ Đồng thời, trang tính chứa dữ liệu sẽ được khóa để ngăn chặn việc thay đổi vô tình thông tin hiện có.
Hình 4 5 Thông tin tiêm phòng của gà được lưu trữ tại Google Sheets
Nhận xét
Sau khi kiểm tra và thu được các kết quả như đã trình bày, rút ra được:
● Những ưu điểm mà hệ thống đạt được:
Việc đo đạc và phân tích tín hiệu dữ liệu giữa các cảm biến trong bộ trung tâm được thực hiện với độ chính xác cao, đồng thời truyền nhận thông tin qua bộ giao tiếp Internet hiệu quả.
- Các phản hồi của thiết bị theo giá trị của cảm biến và theo điều khiển của người dùng hoạt động tốt
Truy xuất nguồn gốc gà một cách nhanh chóng và rõ ràng, đồng thời cung cấp thông tin cơ bản về lứa gà và quy trình tiêm chủng của chúng.
- Ánh sáng chuồng trại cũng được cập nhật liên tục thông qua cảm biến để luôn duy trì ánh sáng như yêu cầu người sử dụng
Quá trình tạo mã QR cho các cá thể gà diễn ra một cách dễ dàng và hiệu quả, cho phép người dùng tùy chỉnh địa chỉ Google Drive để lưu trữ hình ảnh mã QR.
● Tuy vậy, còn có những hạn chế và điểm cần khắc phục tại hệ thống:
Việc sử dụng mạng không dây làm cho hệ thống phụ thuộc vào tốc độ truy cập mạng Cụ thể, sau khoảng 20 giây sử dụng, ESP32 sẽ bị tràn bộ nhớ và cần phải chờ vài giây trước khi tiếp tục quá trình xử lý.
- Giá trị thu được từ cảm biến khoảng cách chưa hoàn toàn chính xác
- Hệ thống gặp một số trục trặc nhỏ về độ dài dây khi kéo máng ăn bằng động cơ Servo.
Đánh giá
Mô hình đã chứng minh hiệu quả cao và đáp ứng đa số yêu cầu kỹ thuật của dự án và người dùng Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục, như tốc độ đường truyền truy cập vào hệ thống chậm và thời gian phản hồi của các thiết bị điều khiển chưa nhanh do quy trình xử lý ngôn ngữ lập trình Hơn nữa, cần tiếp tục nghiên cứu và tìm hiểu sâu hơn về nhu cầu và sự phát triển không ngừng của ngành nông nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực chăn nuôi gà.