Thuyết minh ứng dụng của công nghệ lora trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

Đề tài : Ứng dụng công nghệ truyền thông Lora trong hệ thống nông nghiệp Hệ thống gồm 3 mạch , như sau : 1 mạch master esp32 vi điều khiển chính để đẩy dữ liệu lên App 2 mạch slave dùng STM32 dùng để đọc độ ẩm đất, và nhiệt độ DHT11 và điều khiển bơm nước Cả 3 mạch đều có LCD hiển thị Có 2 chế độ : 1, Manual : bật tắt bơm thủ công trên app và trên mạch điện, phản hồi trạng thái về LCD 2, Auto : Nếu ngưỡng độ ẩm không đạt bơm sẽ bật , khi nào vượt qua ngưỡng cài đặt + 10% thì bơm mới tắt

Bên mình chuyên nhận thiết kế các đồ án môn, tốt nghiệp chuyên ngành như: Cơ điện tử, Tựđộng hóa, Điện tử viễn thông, Cơ khí, Công nghệ thông tin, IOT…, dự án cơ điện tử, tự độnghóa

Luôn đảm bảo thời gian hoàn thành, chất lượng sản phẩm và giá cả

-Các bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, liên hệ :

👉 https://www.facebook.com/doangiaresv

👉 Số điện thoại & zalo : 0565271668

👉 Kênh YouTube, list đồ án :

https://www.youtube.com/c/doansinhviengiare/videos

#DienTuNGON

YYY TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

1

-BÁO CÁO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – CAPSTONE PROJECT

ĐỀ TÀI:

Ứng dụng của công nghệ LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

Giảng viên hướng dẫn: TS Xxxx Sinh viên thực hiện: Xxxx xxxx 19DTCLC1

Đà Nẵng, ngày 14 tháng 10 năm 2023

2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẦU KỲ CỦA SINH VIÊN

KHÓA HỌC: 2019 - 2023

− Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thị Thu Phương

− Khóa: 2019 – 2023

− Chuyên ngành: Điện Tử - Viễn Thông

Nhận xét của thầy/cô hướng dẫn

YYY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KH O A

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NA M

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Xxxx

2 Lớp: 19DTCLC1 Số thẻ SV: xxxx

3 Tên đề tài: Ứng dụng của công nghệ LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

4 Người hướng dẫn: Xxxx Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)

IV Đánh giá:

1 Điểm đánh giá: …… /10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2024

Người hướng dẫn

YYY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập Tự do Hạnh phúc

-NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

2 Thông tin chung:

2.3.1 Họ và tên sinh viên: Xxxx2.3.2 Lớp: 19DTCLC1 Số thẻ SV: xxxx

2.3.3 Tên đề tài: Ứng dụng của côngnghệ LoRa trong xây dựng hệ thốngnông nghiệp

……….Học hàm/học vị: ………

3 Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

tiêu chí

Điểm tối đa

Điểm đánh giá

đánh giá

viên có phư ơng phá p nghi ên cứu phù hợp, giải quy ết đủ nhiệ m vụ đồ án đượ c giao

80

1a - Tính

mới (nội dung chính của ĐAT

N có nhữngphần mới sovới

15

các ĐAT

N trước đây)

- Đề tài

có giá trị khoa học, công nghệ;

có thể ứng dụng thực tiễn

năng giải quyết vấn đề;

hiểu, vận dụng được kiến thức

cơ bản,

cơ sở, chuyê

n ngành trong vấn đềnghiên

50

- Chất lượng nội dung ĐAT

N (thuyế

t minh, bản

vẽ, chươn

g trình,

mô hình,

…)

1c - Có kỹ

năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng trong vấn đềnghiêncứu;

- Có kỹ năng đọc, hiểu tài

15

liệu bằng tiếng nước ngoài ứng dụng trong vấn đềnghiêncứu;

- Có kỹ năng làm việc nhóm;

năn g viết:

20

cục hợp

lý, lậpluận

rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích

15

t minh

đồ án không

có lỗi

5

chính

tả, in

ấn, định dạng

g điể m đán h giá theo than g 100:

Được sự gợi ý từ giáo viên hướng dẫn, cũng như tôi cũng muốn nghiên cứu ứngdụng của IoT vào ngành nông nghiệp nhằm có thể tạo ra một hệ thống có giá thànhhợp lý, hiệu quả quan trọng hơn là có thể mang vào áp dụng cho nông nghiệp nướcnhà, chính vì thế tôi quyết định nghiên cứu đề tài “Ứng dụng của công nghệ LoRatrong xây dựng hệ thống nông nghiệp" bao gồm:

Mô hình sử dụng kiít STM32 bluepil và kit ESP32 để làm bộ vi điều khiển trungtâm, thu thập dữ liệu từ các cảm biến độ ẩm đất, nhiệt độ đưa lên website, sau đó sẽđiều khiển tự động các hệ thống phun sương, máy bơm nước khi cần thiết

YYY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Xxxx Số thẻ sinh viên: xxxx

Lớp: 19DTCLC1 Khoa: Điện Tử - Viễn Thông Ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thông

1 Tên đề tài đồ án: Ứng dụng của công nghệ LoRa trong xây dựng hệ thống nông

nghiệp

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

● Tìm tài liệu và nghiên cứu các cảm biến thích hợp để sử dụng trong đồ án.

● Tìm hiểu, nghiên cứu các mô hình đã và đang được sử dụng hiện nay để phát triển.

● Xây dựng mô hình, bố trí các cảm biến thích hợp

4 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

● Thiết kế, thi công khối nguồn

● Thết kế, thi công khối cảm biến

● Thiết kế, thi công nhận dữ liệu và xử lý, điều khiển dùng ESP32

● Thiết kế, thi công truyền, nhận dữ liệu cảm biến qua hệ thống LoRa

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian thực hiện đề tài, những người thực hiện được sự giúp đỡ của giađình, quý thầy cô và bạn bè nên đề tài đã được hoàn thành Những người thực hiệnxin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Thầy Xxxx, giảng viên trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã trực tiếp hướngdẫn và nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài và đúng thờihạn

Những người thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoaĐiện Tử - Viễn Thông của trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã tận tình dạy dỗ,chỉ bảo, cung cấp cho những người thực hiện những kiến thức nền, chuyên môn làm

cơ sở để hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện{Chữ ký, họ và tên sinh viên}

CAM ĐOAN

Tôi là Xxxx, mã số sinh viên là xxxx, khoá K19, sinh viên khoa Điện tử - ViễnThông, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Người hướng dẫn là TS Xxxx Tôi xincam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong đồ án Hệ thống giám sát và điềukhiển tưới tiêu sử dụng LoRa là kết quả quá trình tìm hiểu và nghiên cứu của tôi Các

dữ liệu được nêu trong đồ án là hoàn toàn trung thực, phản ánh đúng kết quả thựcnghiệm được triển khai Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định về sở hữutrí tuệ; các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệmvới những nội dung được viết trong đồ án này

Sinh viên thực hiện{Chữ ký, họ và tên sinh viên}

MỤC LỤC

TÓM TẮT iviv

LỜI NÓI ĐẦU vivi

CAM ĐOAN

viivii MỤC LỤC

viiiviii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ xixi

MỞ ĐẦU 11

Chương 1 GIỚI THIỆU 22

1.1 GiAGEREF _heading 22

1.2 ĐPAGEREF _ 22

1.3 TPAGEREF _heading=h.3j2qqm3 \h 3 32

1.4 Công nghệ LoRa 54

1.4.1 Giới thiệu về công nghệ 54

1.4.1.1 Khái niệm LoRa 54

1.4.1.2 Nguyên lý hoạt động 55

1.4.1.3 Các thông số cơ bản 55

1.4.1.4 Cấu trúc của bản tin LoRa 65

1.4 1.5 Vì sao lại chọn LoRa 66

1.5 Đề xuất sơ bộ 87

1.5.1 Giải pháp 87

1.5.2 Quy trình thiết kế 98

1.5.3 Dự kiến kết quả 109

1.5.4 Phương pháp đánh giá 109

1.5.5 Kế hoạch thực hiện

1110

4.3 KINK \l "_headi

5350 KẾT LUẬN

5451 TÀI LIỆU THAM KHẢO

5552 PHỤ LỤC 1

5653 PHỤ LỤC 2

5754 PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẦU KỲ CỦA SINH VIÊN i

TÓM TẮT ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 GIỚI THIỆU 2

1.1 Giới thiệu chương 2

1.2 Đặt vấn đề 2

1.3 Tổng quan về các giải pháp đã có 2

1.4 Công nghệ LoRa 4

1.4.1 Giới thiệu về công nghệ 4

1.4.1.1 Khái niệm LoRa 4

1.4.1.2 Nguyên lý hoạt động 5

1.4.1.3 Các thông số cơ bản 5

1.4.1.4 Cấu trúc của bản tin LoRa 5

1.4.1.5 Vì sao lại chọn LoRa 6

1.5 Đề xuất sơ bộ 7

1.5.1 Giải pháp 7

1.5.2 Quy trình thiết kế 8 1.5.3 Dự kiến kết quả 9 1.5.4 Phương pháp đánh giá 9 1.5.5 Kế hoạch thực hiện 10 1.5.5.1 Kế hoạch 10 1.5.5.2 Phân công 1110

1.6 Mục tiêu 11 1.7 Các nội dung cần nghiên cứu 11 1.8 Kết luận chương 11 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 12 2.1 Giới thiệu chương 12 2.2 Sơ đồ khối của hệ thống 12 2.3 Tổng quan về phần cứng 14 2.3.1 Vi điều khiển STM32C8T6 14 2.3.2 Module wifi ESP32 15 2.3.3 Module LoRa E32-TTL-100 16 2.3.4 Cảm biến DHT11 18 2.3.5 Module cảm biến độ ẩm đất 1918

2.3.6 Màn hình hiển thị LCD 16x2 19 2.3.7 Mạch hạ áp LM2596 20 2.4 Tổng quan về phần mềm 2120

2.4.1 Phần mềm lập trình cho STM32F103C8T6 (KeilC) 2120

2.4.2 Phần mềm lập trình cho ESP32 (Arduino) 21 2.4.3 Phần mềm lập trình Web/ App 2322 2.4.3.1 Firebase 23

2.4.3.2 MIT App Inventor 24 2.5 Các giao thức truyền dữ liệu 25 2.5.1 Chuẩn giao tiếp I2C 25 2.5.2 Chuẩn giao tiếp one-wire 26 2.5.3 Chuẩn giao tiếp UART 26 2.5.4 Giao thức HTTP 28 2.6 Kết luận chương 29 Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30 3.1 Giới thiệu chương 30 3.2 Thiết kế phần cứng 30 3.2.1 Khối xử lý trung tâm 30 3.2.2 Khối truyền nhận dữ liệu 31 3.2.3 Khối cảm biến 32 3.2.4 Khối hiển thị 33 3.2.5 Khối nguồn 33 3.2.6 Khối điều khiển 3435

3.3 Thiết kế phần mềm 35 3.3.1 Khối xử lý trung tâm 35 3.3.2 Khối truyền nhận dữ liệu 38 3.4 Thiết kế dashboard cho Firebase và App 39 3.5 Kết luận chương 4241

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 4443

4.1 Giới thiệu chương 4443

4.2 Kết quả thực thi mô hình 4443

4.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 4443

4.2.2 Sơ đồ mạch in 4544

4.2.3 Lắp ráp và kiểm tra mạch 4746

4.3 Kết luận chương 5049

KẾT LUẬN 5150

TÀI LIỆU THAM KHẢO 5251

PHỤ LỤC5352

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sử dụng máy bay không người lái trong nông nghiệp 3

Hình 1.2 Mô hình SCADA giám sát nông nghiệp dùng PLC 4 Hình 1.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống 87 Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống  132 Hình 2.2 Mô hình hoạt động của hệ thống  143 Hình 2.3 Kit STM32F103C8T6 Blue Pill  154

Hình 2.4 Module wifi ESP32  176

Hình 2.5 Module LoRa E32-TTL-100  186 Hình 2.6 Cấu tạo của module LoRa E32-TTL-100

 187

Hình 2.7 Cảm biến DHT11

 198

Hình 2.8 Module cảm biến độ ẩm đất. 

2019

Hình 2.9 Màn hình hiển thị LCD 16x2

2119

Hình 2.10 Mạch hạ áp LM2596 210

Hình 2.11 Phần mềm lập trình cho STM32F103C8T6

221 

Hình 2.12 Phần mềm lập trình cho ESP32  232 Hình 2.13 Firebase

Hình 2.20 Kiến trúc của giao thức HTTP 

3028

Hình 2.21 Sơ đồ làm việc HTTP Client / Server

3129

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 320

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý gateway 342 Hình 3.3 Khối giao tiếp cảm biến DHT11 và cảm biến độ ẩm đất

375 

Hình 3.8 Lưu đồ giải thuật cho khối xử lý trung tâm 387 Hình 3.9 Nhận gói tin LoRa  398

Hình 3.10 Gửi gói tin LoRa 398

Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật khối truyền nhận dữ liệu

4139

Hình 3.12 Lưu đồ giải thuật khối truyền nhận dữ liệu 420 Hình 3.13 Giao diện của Firebase 431 Hình 3.14 Nhận URL và key để kết nối với Firebase  431 Hình 3.15 Thiết kế giao diện trên app  442 Hình 3.16 Nguyên lí hoạt động của web server 453

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý của node trên Altium 475 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý của node trên Altium 486 Hình 4.3 Mạch PCB của node trên phần mềm Altium 21 486 Hình 4.4 Mạch PCB của gateway trên phần mềm Altium 21 497 Hình 4.5 Sơ đồ 3D của mạch node

Hình 4.8 Giao diện app hiển thị cho hệ thống

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:

IoT Internet of Things Hệ thống vạn vật kết nối

HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản

JSON Javascript Ngôn ngữ được thiết kế chủ

yếu để thêm tương tác vào

các trang Web, và tạo ra các

ứng dụng Web

LoRa Long Range Radio Công nghệ truyền dữ liệu xa

và tiết kiệm năng lượng HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn

bản được sử dụng trong world

wide web

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

Trong đề tài này, tôi mong muốn tạo ra một hệ thống có thể thu thập dữ liệu

từ môi trường của cây trồng đến cho người dùng thông qua web, app và người dùng có thể dễ dàng điều khiển hoạt động của việc tưới nước Và hy vọng rằng trong tương lai sẽ nghiên cứu ra một sản phẩm có thể dễ dàng đến tay người tiêu dùng một cách dễ hiểu, tiết kiệm và năng suất nhất.

Từ các vấn đề gặp phải về việc tưới nước trong sản xuất nông nghiệp, kết hợp với công nghệ M2M (Machine to Machine) hiện nay và xu hướng công nghệ IoT (Internet of Things), nhóm mong muốn nghiên cứu chế tạo mô hình thử nghiệm và đánh giá tính khả thi của đề xuất về ứng dụng thực tế, cũng như khả năng mở rộng.

Đồ án gồm 4 chương chính Chương 1 giới thiệu về tổng quan đề tài Chương 2 nói về tổng quan các phần cứng, phần mềm cho hệ thống Chương 3 nói về cách thi công về phần cứng và phần mềm của hệ thống Chương 4 sẽ đánh giá về kết quả của hệ thống đã đạt được.

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

Chương 1 GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu chương

Trong chương này trình bày về lý do, thực trạng cho nông nghiệp hiện nay, các giải pháp giải quyết vấn đề và nội dung tổng quan cần nghiên cứu trong đề tài.

Việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp sẽ mang lại rất nhiều thuận lợi cho người nông dân, quan trọng hơn là nâng cao hiệu quả trồng trọt, cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế Như tôi đã đề cập ở trên khí hậu ngày càng trở nên khắc nghiệt, thế nên việc con người tự theo dõi thời tiết và can thiệp, chăm sóc cây trồng sao cho kịp với sự thay đổi của khí hậu, quả thật tốn rất nhiều thời gian công sức, hiệu quả lại không cao Thế nhưng với sự can thiệp của máy móc,

hệ thống cảm biến, sẽ giúp người nông dân giám sát một cách chính xác và hiệu quả nhất Ngày nay, IoT được ứng dụng vào nông nghiệp ở hầu hết các giai đoạn từ quá trình sản xuất đến đóng gói và phân phối nông sản đến người tiêu dùng

Nhận thấy sự thuận lợi cũng như tính ứng dụng cao của IoT trong ngành nông nghiệp, cụ thể là là trong cây trồng, tôi quyết định chọn đề tài “Ứng dụng của công nghệ LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp" Ý tưởng cốt lõi của

hệ thống này là các thông tin từ các cảm biến sẽ được thu thập và truyền qua LoRa đưa đến xử lý trung tâm, sau đó trung tâm sẽ đưa ra các xử lý cho hệ thống bơm phun sương, quạt, đèn hoạt động một cách phủ hợp để tạo ra một môi trưởng thuận lợi nhất cho cây trồng phát triển tối ưu.

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

1.3 Tổng quan về các giải pháp đã có

Trí tuệ nhân tạo (AI) giúp năng suất cây trồng khỏe mạnh hơn, kiểm soát sâu bệnh, theo dõi đất và điều kiện trồng trọt, tổ chức dữ liệu cho nông dân, giúp giải quyết khối lượng công việc và cải thiện một loạt các nhiệm vụ liên quan đến nông nghiệp trong toàn bộ chuỗi cung ứng thực phẩm Ngoài ra, trong kỹ thuật này, máy bay không người lái thu thập dữ liệu từ các trường và sau đó dữ liệu được chuyển qua ổ USB từ máy bay không người lái đến máy tính và được các chuyên gia phân tích Các chuyên gia sử dụng các thuật toán

để phân tích các hình ảnh thu được và cung cấp một báo cáo chi tiết có chứa tình trạng hiện tại của trang trại Nó giúp nông dân xác định sâu bệnh và vi khuẩn, giúp nông dân sử dụng kịp thời các biện pháp kiểm soát dịch hại và các phương pháp khác để thực hiện các hành động cần thiết Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này sẽ cần một nguồn vốn đầu tư rất lớn và đòi hỏi người nông dân phải có kiến thức sản xuất và trình độ nhất định Trong khi đó, hiên nay lao động trẻ có trình độ văn hóa nhất định dễ tiếp thu các tiến bộ khoa học

và công nghệ thì thường ra thành phố làm việc, còn lại lao động nông thôn chủ yếu là người già và phụ nữ lớn tuổi Chính vì vậy, việc tiếp thu các kiến thức, quy trình công nghệ mới còn hạn chế [1]

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

Hình 1.1 Sử dụng máy bay không người lái trong nông nghiệp [1]

Hiện nay ngoài nghiên cứu và ứng dụng AI vào trong sản xuất nông nghiệp, còn có hệ thống tưới phun tự động đa năng gồm một cảm biến đo nhiệt độ và một cảm biển do độ ẩm của đất đặt tại nhà mảng trồng hoa, được điều khiển bởi PLC-S7-1200 PLC điều khiển để nhận nước và tưới phun đúng 05 phút sẽ ngừng tuổi, hoặc khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu Hệ thống này có nhược điểm lớn nhất là không thể giảm sát và điều khiển từ xa Bên cạnh đó cũng có nghiên cứu đã đề xuất hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kinh Tuy nhiên hệ thống này chưa đáp ứng nhu cầu tưới tự động.

Hình 1.2 Mô hình SCADA giám sát nông nghiệp dùng PLC [2]

Ngoài ra, tổ nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống tưới tự động sử dụng mạng lưới các cảm biển không dây kết nối với các thiết bị giám sát từ xa qua mạng GPRS Nghiên cứu này chưa chủ trọng việc điều khiển hệ thống tưới tự động Trong đề tài này, tôi sử dụng hệ thống IoT dùng STM32C8T6 và module wifi ESP32 trao đổi qua mạng LoRa để thực hiện Từ những ưu điểm ở trên của

2 dòng chip này, ta có thể ứng dụng STM32 như một vi điều khiển và ESP32 như một gateway một cách dễ dàng và thuận tiện nhất Ngoài ra, khi ứng dụng LoRa trong việc truyền nhận qua mạng LoRa, ta không cần phải dùng đến wifi

mà vẫn có thể trao đổi giữa 2 vi điều khiển trên, chỉ cần người sử dụng truy cập mạng thì liền có thể lấy được dữ liệu từ STM32.

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

1.4 Công nghệ LoRa

1.4.1 Giới thiệu về công nghệ

1.4.1.1 Khái niệm LoRa

LoRa là viết tắt của Long Range Radio, đã được nghiên cứu và phát triển ban đầu bởi Cycleo và sau đó được công ty Semtech mua lại vào năm 2012 Với công nghệ này, có khả năng truyền dữ liệu ở khoảng cách hàng km mà không cần sử dụng các mạch khuếch đại công suất, giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong quá trình truyền/nhận dữ liệu.

1.4.1.2 Nguyên lý hoạt động

LoRa ứng dụng kỹ thuật điều chế được gọi là Chirp Spread Spectrum Đơn giản nói, nguyên lý này liên quan đến việc biến đổi dữ liệu thông qua các xung cao tần, tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn so với tần số của dữ liệu gốc (được gọi là chipped) Tín hiệu cao tần này sau đó được mã hóa bằng các chuỗi chirp signal, đó là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian Có hai loại chirp signal là up-chirp (tần số tăng theo thời gian) và down-chirp (tần số giảm theo thời gian) Nguyên tắc mã hóa là sử dụng up-chirp cho bit 1 và down- chirp cho bit 0 Sau quá trình mã hóa, tín hiệu được truyền ra anten để gửi đi Theo công bố của Semtech, nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính xác cần thiết của mạch nhận để giải mã và điều chế lại dữ liệu Băng tần làm việc của LoRa có khoảng từ 430MHz đến 915MHz, tùy thuộc vào khu vực

Bandwidth – BW: Giá trị BW xác định biên độ tần số mà chirp signal có thể thay đổi Nếu bandwidth càng cao, thời gian mã hóa chipped signal sẽ ngắn hơn, từ đó giảm thời gian truyền dữ liệu Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc khoảng cách truyền cũng sẽ giảm lại.

Coding Rate – CR: CR là số lượng bit được tự thêm vào mỗi Payload trong LoRa radio packet bởi LoRa chipset Điều này giúp mạch nhận có thể khôi

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

phục một số bit dữ liệu đã nhận sai và từ đó khôi phục được dữ liệu nguyên vẹn trong Payload Vì vậy, khi sử dụng CR càng cao, khả năng nhận dữ liệu đúng càng tăng Tuy nhiên, nhược điểm là chip LoRa sẽ phải truyền đi nhiều dữ liệu hơn, có thể làm tăng thời gian truyền dữ liệu trong không khí.

1.4.1.4 Cấu trúc của bản tin LoRa

Cấu trúc bản tin LoRa (Long Range) thường được thiết kế để chuyển đổi

dữ liệu truyền tải qua mạng LoRa, một công nghệ truyền thông không dây dùng để kết nối các thiết bị IoT (Internet of Things) Bản tin LoRa thường được chia thành hai phần chính: phần đầu và phần dữ liệu.

Phần đầu của bản tin LoRa chứa các trường thông tin quan trọng như địa chỉ và kiểu bản tin

Cấu trúc của phần đầu bản tin LoRa bao gồm:

👉 Sync Word (Từ Đồng Bộ): Đây là một chuỗi bit đặc biệt được sử dụng để đồng bộ hóa việc thu và gửi dữ liệu giữa các thiết bị LoRa.

👉 Địa Chỉ Thiết Bị (Device Address): Xác định địa chỉ của thiết bị nhận hoặc gửi bản tin Trường này quan trọng để xác định đúng thiết bị đích.

👉 Kiểu Bản Tin (Message Type): Xác định loại dữ liệu được chứa trong bản tin, có thể là dữ liệu người dùng, lệnh điều khiển, hoặc các loại thông điệp khác.

👉 Trường Kiểm Tra (CRC - Cyclic Redundancy Check): Một giá trị được tính toán từ các bit khác trong bản tin để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu.

Phần dữ liệu của bản tin LoRa chứa nội dung thực sự của bản tin, thường là dữ liệu người dùng, lệnh điều khiển, hoặc thông tin cảm biến.

Cấu trúc của phần dữ liệu của LoRa bao gồm:

👉 Header Phần Dữ Liệu: Một số bit được sử dụng để mô tả cấu trúc và loại

dữ liệu trong phần dữ liệu.

👉 Dữ Liệu Người Dùng: Nội dung thực sự của bản tin, có thể là dữ liệu từ cảm biến, lệnh điều khiển, hoặc thông tin người dùng khác.

👉 Trailer: Các bit cuối cùng trong bản tin, có thể chứa các thông tin bổ sung hoặc được sử dụng cho mục đích kiểm tra lỗi.

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

1.4.1.5 Vì sao lại chọn LoRa

Việc lựa chọn LoRa (Long Range) cho mạng truyền thông trong các dự

án IoT dựa trên một số ưu điểm:

👉 Khoảng cách phủ sóng dài: LoRa được thiết kế để có khoảng cách phủ sóng lớn, cho phép truyền thông hiệu quả ở khoảng cách xa, đặc biệt là trong các ứng dụng nông nghiệp, đô thị thông minh, và quản lý môi trường.

👉 Tiết kiệm năng lượng: Các thiết bị LoRa có khả năng tiêu thụ năng lượng thấp, giúp kéo dài tuổi thọ của pin và làm cho chúng trở thành lựa chọn phù hợp cho các thiết bị IoT di động hoặc có nguồn năng lượng giới hạn.

👉 Đa dạng ứng dụng: LoRa thích hợp cho nhiều loại ứng dụng, từ theo dõi

và thu thập dữ liệu đến điều khiển từ xa, nơi mà việc truyền thông ổn định và độ tin cậy là quan trọng

👉 Chi phí triển khai thấp: LoRa giúp giảm chi phí triển khai do khả năng phủ sóng rộng và khả năng kết nối với một lượng lớn thiết bị từ xa mà không cần cơ sở hạ tầng phức tạp.

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

1.5 Đề xuất sơ bộ

1.5.1 Giải pháp

Hình 1.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống [3]

Về lý thuyết:

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

Đọc giá trị dữ liệu các LoRa node gồm các cảm biến DHT11và cảm biến độ

ẩm đất từ khu vực rồi gửi giá trị đến gateway bằng công nghệ LoRa Khi dữ liệu tập trung tại gateway sẽ được đẩy lên cloud/server thông qua giao thức HTTP Tại cloud/server sẽ thu thập, phân tích và xử lý các dữ liệu và đưa ra giao tiếp với người dùng thông qua web/app hiển thị và điều khiển.

👉 Giải pháp chế độ tự động: tùy từng khu vực và loại cây trồng, yêu cầu về điều kiện nước sẽ khác nhau để điều khiển tự động.

Nội dung 1: Giới thiệu

- Giới thiệu tổng quát về đề tài

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

- Tổng quan về phần mềm

- Các giao thức truyền dữ liệu

- Kết luận

Nội dung 3: Thiết kế hệ thống

- Giới thiệu về thiết kế chi tiết

- Thiết kế phần cứng

- Thiết kế phần mềm

- Thiết kế dashboard cho Firebase và App

- Kết luận chương

Nội dung 4: Kết quả và đánh giá

- Giới thiệu về các bước hoàn thiện sản phẩm

- Kết quả thực thi mô hình

Hệ thống điều khiển 2 chế độ: Tự động và thủ công.

👉 Về thực nghiệm: Chạy thành công hệ thống trên từng LoRa node và theo dõi từ xa trên ứng dụng.

1.5.4 Phương pháp đánh giá

⮚ Đánh giá hệ thống dựa vào:

●Phần cứng: Mạch của hệ thống chạy ổn định không.

●Thông số dữ liệu đọc được đạt giá trị đúng bao nhiêu %.

●Sự ổn định của hệ thống khi hoạt động, số lượng lỗi sai khi thực hiện hệ thống,

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

hoạt động tối ưu không so với giải pháp đề ra.

●Sự ổn định của hệ thống khi hoạt động, số lượng lỗi sai khi thực hiện hệ thống, hoạt động tối ưu không so với giải pháp đề ra.

●Sự ổn định của hệ thống khi hoạt động, số lượng lỗi sai khi thực hiện hệ thống,

hoạt động tối ưu không so với giải pháp đề ra.

●Mô hình áp dụng được bao nhiêu % khi đưa ra thực tiễn.

tài: ứng dụng công nghệ truyền thông LoRa trong hệ thống nông nghiệp

đề tài đưa ra một số giải pháp để thực hiện đề tài

Ứng dụng của hệ thống LoRa trong xây dựng hệ thống nông nghiệp

phần cứng, test các tính năng trên module

STM32 và module

ESP32, tìm hiểu về cách truyền tín hiệu của LoRa

các giải pháp triển khai Server, để lưu trữ, xử lý dữ liệu

cứu hoạt động của module

DHT11 và cảm biến độ

ẩm đất

Server, xây dựng App

thiện thiết kế mạch, đặt mạch in, kiểm thử các tính năng