Báo cáo nhóm 1 mô hình iot ứng dụng vào nuôi trồng thủy sản

Thiết bị thông minh được điều khiển bởi IoT lànền tảng của nuôi trồng thủy sản thông minh, có thể giải quyết các hạn chế về lựclượng lao động và giảm thiểu các vấn đề về môi trường và tà

lOMoARcPSD|39474592 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NHẬP MÔN KỸ THUẬT * BÁO CÁO NHÓM 1 MÔ HÌNH IOT ỨNG DỤNG VÀO NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Sinh viên thực hiện: Cao Lê Duy An (Nhóm trưởng) Đồng Văn Đức Vũ Duy Thanh Nguyễn Khoa Đăng Phạm Minh Đức Nguyễn Viết Vinh Đỗ Đức Quân Giáo viên hướng dẫn: Tống Văn Luyên Lớp : 2022DHTTMT01 Hà Nam, Tháng 12 năm 2022 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Mở đầu Nuôi trồng thủy sản thông minh là một phương thức sản xuất thông minh Nó sử dụng IoT, dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, 5G, điện toán cloud, robot, thông qua điều khiển từ xa hoặc điều khiển độc lập bằng robot đối với các cơ sở nuôi trồng thủy sản, thiết bị và máy móc để hoàn thành tất cả các hoạt động sản xuất và quản lý Đó là sự tích hợp của công nghệ thông tin hiện đại và toàn bộ chuỗi công nghiệp sản xuất, vận hành, quản lý và dịch vụ nuôi trồng thủy sản Nó là một hình thức kinh doanh mới của sự phát triển nuôi trồng thủy sản hiện đại IoT là nền tảng của nuôi trồng thủy sản thông minh, trong khi việc thu thập dữ liệu lớn và nghiên cứu dữ liệu lớn sẽ thúc đẩy nghiên cứu công nghệ trí tuệ nhân tạo được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Ngoài ra, dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo là cốt lõi của hoạt động thông minh của IoT, đó là điều cần thiết để đạt được độ chính xác của việc kiểm soát nuôi trồng thủy sản Thiết bị thông minh được điều khiển bởi IoT là nền tảng của nuôi trồng thủy sản thông minh, có thể giải quyết các hạn chế về lực lượng lao động và giảm thiểu các vấn đề về môi trường và tài nguyên do nuôi trồng thủy sản gây ra Và nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Tống Văn Luyên – người đã đưa ra các hướng dẫn, góp ý cho đề tài, trong quá trình thực hiện đề tài của nhóm em truyền đạt những kiến thức, kĩ năng cho bọn em trong thời gian học hỏi và làm việc vừa qua Nhập môn kĩ thuật là môn học thú vị và có tính thực tế cao, qua đề tài lần này nhóm bọn em đã tiếp thu được một lượng kiến thức không hề nhỏ Chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành bài báo cáo một cách chỉn chu nhất Nếu có sai sót, kính mong thầy xem xét và góp ý để bài báo cáo của bọn em được hoàn thiện và tốt hơn Nhóm bọn em xin chân thành cảm ơn! 1 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Mục lục Mở đầu…………………………………… ………….……….1 Mục lục…………………………………………………………2 I Giới thiêu chung…………………………… …………… 3 II Quá trình thực hiện dự án II.1 Lên ý tưởng và phân công nhiệm vụ………………4 II.2 Tìm hiểu kỹ thuật sử dụng Cisco Packet tracer….5 II.3 Tìm hiểu về các thiết bị cảm biến…………….……7 II.4 Xây dựng mô hình IoT trên Packet tracer… ……8 II.5 Kiểm tra và đánh giá……………….……… ……12 II.6 Hoàn thiện báo cáo và sản phẩm……………… 12 III Khả năng áp dụng vào thực tiễn của mô hình III.1 Nhu cầu của người dân…… …….…………… 12 III.2 Mức độ thực tiễn của mô hình………….….……13 2 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật I Giới thiệu chung IoT là viết tắt của Internet of Things, tiếng Việt thường gọi là vạn vật kết nối Internet IoT mô tả mạng lưới các đối tượng vật lý - "things" – chứa các cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác nhằm mục đích kết nối và trao đổi dữ liệu với các thiết bị và hệ thống khác qua internet Các thiết bị này bao gồm từ các đồ vật gia đình thông thường đến các công cụ công nghiệp tinh vi Bằng cách kết hợp các thiết bị được kết nối này với hệ thống tự động, IoT thu thập thông tin, phân tích và điều khiển thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể hoặc xây dựng cơ sở tri thức Những ứng dụng thực tế của IoT bao gồm từ đơn giản như gương thông minh (smart mirror) đến phức tạp như xe tự lái Mô hình IoT trong nuôi trồng thủy sản nói đơn giản là 1 chuỗi các thiết bị liên kết với nhau qua 1 máy chủ điều khiển để cùng nhau thực hiện các nhiệm vụ các chức năng của các thiết bị đó Điều khiển từ xa (remote control) và tự động hóa (automotive) là những lợi ích gần nhất mà IoT có thể đem lại cho con người Lấy ví dụ trong các hệ thống smarthome, mọi vật dụng trong nhà từ tủ lạnh, máy giặt, đèn, điều hòa, hệ thống giải trí,… đều được kết nối đến Internet Chủ nhân các hệ thống này chỉ cần một thiết bị duy nhất như smartphone để điều khiển cả ngôi nhà từ bất cứ nơi đâu, hoặc tiện lợi hơn là tự động hóa mọi tác vụ nhờ sự hỗ trợ của các nền tảng smarthome của Google, Samsung hay Apple Một lợi ích khác của IoT là khối lượng dữ liệu khổng lồ thu thập được từ hàng tỷ thiết bị trong các mạng lưới Bằng công nghệ điện toán chi phí thấp, đám mây hay dữ liệu lớn, những thiết bị vật lý có thể chia sẻ và thu thập dữ liệu với sự can thiệp tối thiểu của con người Trong thế giới siêu kết nối này, các hệ thống kỹ thuật số có thể ghi lại trạng thái của từng thiết bị và môi trường xung quanh theo thời gian thực, tạo nên một kho dữ liệu khổng lồ có thể khai thác vào vô số ứng dụng, điển hình như huấn luyện các hệ thống điều khiển cho xe tự hành 3 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật II QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN DỰ ÁN II.1 Lên ý tưởng và phân công nhiệm vụ Ý tưởng của cả nhóm xuất phát từ khó khăn của nghề chăn nuôi nói chung và nghề nuôi trồng thủy sản nói riêng Trước đó cả nhóm đã lên một số ý tưởng khác nhau tuy nhiên vừa đúng với ngành học vừa có thể tạo lập một mô hình tương đối chính xác khi mang vào thực tế thông qua phần mềm cisco packet tracer Bên cạnh đó nhóm cũng đã tìm hiểu qua một số các cảm biến có thể áp dụng trong mô hình Vậy nên nhóm đã thống nhất dự án cuối cùng đó là xây dựng Mô hình IoT trong môi trường nuôi trồng thủy sản Cả nhóm đã bắt đầu phân chia nhiệm vụ cho các thành viên để bắt tay vào việc thực hiện những công việc đầu tiên: Công việc Tuần 3 4 5 6 7 8 9 Lên ý tưởng và phân công nhiệm vụ Tìm hiểu kỹ thuật sử dụng phần mềm packet tracer Tìm hiểu về các thiết bị cảm biến Xây dựng mô hình trên packet tracer Kiểm tra và đánh giá Hoàn thiện và báo cáo sản phẩm : Cả nhóm : Duy An,Đồng Đức, Duy Thanh : Duy An, Đồng Đức, Vinh : Duy Thanh, Vinh : Phạm Đức, Khoa Đăng : Duy An, Phạm Đức 4 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Sau khi hoàn thành công việc lên ý tưởng và phân công nhiệm vụ ở tuần 3 nhóm sẽ chính thức tiến vào việc thực hiện dự án giai đoạn đầu tiên II.2 Tìm hiểu kỹ thuật sử dụng packet tracer Sau khi được phân công nhiệm vụ ở tuần 3, công việc đầu tiên đầu tiên của dự án, tìm hiểu về kỹ thuật sử dụng packet tracer bắt đầu thực hiện vào tuần 4 Những thành viên đảm nhiệm công việc này đó là Cao Lê Duy An, Đồng Văn Đức, Nguyễn Viết Vinh Trong đó Duy An và Đồng Đức sẽ là những người đảm nhiệm chính công việc này, Vinh sẽ là người hỗ trợ, người bổ sung những thiếu sót trong quá trình tìm hiểu Bên cạnh đó còn có sự hỗ trợ của các trang thông tin, các kênh youtube,… để các thành viên bước đầu tiếp cận với phần mềm cisco packet tracer 1 Khái niệm Packet Tracer là một phần mềm giả lập mạng dùng trong học tập sử dụng các thiết bị mạng (router/switch) của Cisco 2 Chức năng Nó được hãng Cisco cung cấp MIỄN PHÍ cho các trường lớp, sinh viên đang giảng dạy/ theo học chương trình mạng của Cisco Sản phẩm cung cấp một công cụ để nghiên cứu các nguyên tắc cơ bản của mạng và các kỹ năng làm việc với hệ thống Cisco 3 Ưu và nhược điểm Ưu điểm:  Là phần mềm miễn phí 5 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật  Sinh viên và giảng viên dễ tiếp cận các công cụ trong packet tracer do Cisco cung cấp Nhược điểm:  Chỉ sử dụng một ít chức năng được cung cấp trên Cisco IOS Vì vậy, Packet Tracer không thích hợp làm mô hình mạng lưới sản xuất  Vì phần mềm cung cấp giới hạn một số chức năng, nó chỉ dùng để phụ trợ chứ không thay thế thiết bị Router hay Switch trong quá trình học Đa phần các thông tin trên đây được lấy từ nguồn chính đó là wikipedia và cũng là kiến thức các thành viên thực hiện nhiệm vụ này rút ra trong quá trình thực hiện công việc Sau khi hoàn tất việc tìm hiểu về nội dung, chức năng, khả năng mà packet tracer có thể đạt được, công việc tiếp theo đó chính là các thành viên trong nhiệm vụ này sẽ tải phần mềm về và thực hành trực tiếp trên máy tính 6 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Đây là hình ành khi các thành viên thực hành tạo lập mô hình mạng lưới trong thời gian đầu II.3 Tìm hiểu về các thiết bị cảm biến Là công việc được tiến hành song song với việc tìm hiểu tìm hiểu các kỹ thuật sử dụng phần mềm packet tracer Đảm nhận công việc này là 2 thành viên, Phạm Minh Đức và Nguyễn Khoa Đăng Sản phẩm sau khi hoàn tất công việc là 1 bản danh sách nhỏ về các cảm biến cần thiết để áp dụng vào mô hình IoT Phiên bản cuối cùng của trình theo dõi gói Cisco bao gồm một số tính năng mới có thể giúp chúng tôi thực hiện mô phỏng IoT Các tính năng mới đó là thiết bị thông minh, cảm biến, thiết bị truyền động và vi điều khiển Một số thiết bị thông minh được bao gồm trong trình theo dõi gói là cửa sổ thông minh, quạt thông minh, thông minh đèn, còi báo động Chúng tôi cũng có thể tìm thấy một số cảm biến như mực nước, nhiệt độ, độ ẩm, CO2 Có các tùy chọn cáp khác nhau trong trình theo dõi gói mới, đó là cáp đồng thẳng, cáp đồng chéo và cáp quang Ethernet nhanh và cáp tùy chỉnh IoT Các thiết bị IoT trong Cisco Packet Tracer có thể được sử dụng để xây dựng và mô phỏng ứng dụng IoT khác nhau như nhà thông minh,thủy sản thông minh Lợi ích của việc sử dụng trình theo dõi gói Cisco là người dùng có thể tương tác với các thiết bị giống nhau cách họ làm trong các thiết bị thực Ngoài ra, với chức năng đa người dùng,đa người dùng có thể làm việc cùng nhau để xây dựng mạng ảo thông qua mạng thực Các cảm biến trong mô hình IoT nuôi trồng thủy sản có chức năng thu thập thông tin thông qua các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm khác nhau, cảm biến CO 2 , cảm biến ánh sáng, cảm biến oxy hòa tan, nhiều loại cảm biến khác cho các thông số chất lượng nước, máy ảnh và thiết bị thu thập dữ liệu hình ảnh kỹ thuật số khác Truyền dữ liệu thu thập được đến trung tâm điều khiển thông qua các 7 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật nút giao tiếp Thông tin này có thể bao gồm sự tăng trưởng của cá, các thông số môi trường, hoạt động và phân bổ tài nguyên:  Cảm biến môi trường: Cảm biếến môi trường chung Phát hiện bấết kỳ biếnế môi trường nào và xuấết giá trị thông qua chấn analog Đặc trưng là sử dụng tab Thuộc tính để đặt ID môi trường Đầu ra giá trị tương tự Các mức Bật (CAO trên D0) và Tắt (THẤP trên D0) được đặt trên tab thuộc tính ID môi trường được xác định phải tương ứng với một đối tượng Môi trường cụ thể Cấp độ Bật và Tắt phải là các giá trị hợp lệ dành riêng cho đối tượng Môi trường Bật Cấp độ phải lớn hơn Tắt Cấp độ  Cảm biến chất lượng nước: Máy dò nước một cảm biến phát hiện nước hiện diện Đặc trưng là phát hiện nước Cách sử dụng, không áp dụng Kiểm soát trực tiếp, không áp dụng kiểm soát ở địa phương  Cảm biến chuyển động: Một cảm biến phát hiện chuyển động Đặc trưng: Phát hiện chuyển động từ chuyển động của cá,tôm Tự động tắt sau 5 giây mà không có bất kỳ chuyển động nào  Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ là một cảm biến cho ra nhiệt độ tính bằng độ C và hoạt động ở -100 độ C đến 100 độ C  Các cảm biến khác:… II.4 Xây dựng mô hình trên phần mềm packet tracer Từ việc thống kê lại những thông tin mà nhóm có được sau khi hoàn tất công việc 2 và 3, mô hình IoT đã được tiến hành xây dựng Thực hiện công việc gồm 3 thành viên Duy An, Đồng Đức, Duy Thanh Trong đó thực hiện xây dựng chính là Duy An và Đồng Đức, Duy Thanh sẽ mang vai trò như một người giám sát, cố vấn hỗ trợ trong quá trình xây dựng mô hình 8 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Theo như nghiên cứu của nhóm, nguyên lý hoạt động của mô hình đơn giản là: Sau khi môi trường đang theo dõi phát ra tín hiệu gửi đến các thiết bị cảm biến thì những tín hiệu đó sẽ được mã hóa thành thông tin Thông tin đó lại tiếp tục được gửi đến máy chủ để được xử lý Nhiệm vụ của máy chủ sẽ là xử lý thông tin vừa nhận được và đưa ra biện pháp giải quyết vấn đề rồi ra lệnh cho thiết bị xử lý giải quyết vấn đề đó của môi trường Ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình trên có thể ra lệnh thủ công thông qua các thiết bị theo dõi hoặc để các thiết bị chạy tự động Trên thực tế thì nguyên lý hoạt động và việc vận hành mô hình có thế sẽ khó hơn nhưng để cho người làm nông có thể hiểu và tiếp cân dễ dàng nhất thì nhóm đã tóm tắt, đơn giản hóa sự vận hành của mô hình Chắc chắn không thể hoàn toàn tường tận từng chi tiết nhưng phần nào đó sẽ khiến mô hình trở nên dễ hiểu hơn Đây là sơ đồ mô tả quá trình vận hành của mô hình: Tín hiệu Thiết bị cảm biến Thông tin Môi trường Thiết bị theo Máy chủ dõi Xử lý Thiết bị xử lý Biện pháp xử lý 9 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Sơ đồ được nhóm thiết kế nhằm đưa ra cái nhìn tổng quan hơn về nguyên lý hoạt động của mô hình cũng là nhằm mục đích để người sử dụng dễ tiếp cận hơn với mô hình Các thiết bị cảm biến được nhóm đưa vào trong mô hình là:  Cảm biến môi trường  Cảm biến chất lượng nước  Cảm biến chuyển động.xx  Cảm biến nhiệt độ  Cảm biến nồng độ CO  Cảm biến nồng độ  Cảm biến mực nước  Camera Hệ thống máy chủ được sử dụng là home gateway Về phần thiết bị xử lý sẽ bao gồm các thiết bị như:  Còi báo  Máy bơm  Thoát nước  Hệ thống làm mát … Các thiết bị xử lý này về sau sẽ được nâng cấp và bổ sung thêm nhiều thiết bị khác cần thiết trong quá trình sử dụng và phát triển mô hình Mô hình sẽ được thiết kế đa phần là các thiết bị không dây, vậy nên người dùng cũng có thể theo dõi các thiết bị, điều khiển máy chủ thông qua các thiết bị không dây như: smartphone; laptop; … Dưới đây là một số hình ảnh về mô hình: 10 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Hình ảnh tổng quan về mô hình IoT được xây dựng trên nên tảng packet tracer Hình ảnh về cấu hình kết nối chung của các thiết bị trong mô hình 11 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật II.5 Kiểm tra và đánh giá Đây gần như là bước cuối trong khâu hoàn thiện mô hình Duy Thanh và Vinh sẽ là 2 người đảm nhận công việc này 2 thành viên này sẽ đóng vai trò như những người sử dụng sản phẩm đầu tiên, qua đó đưa ra điểm số cho sản phẩm, những đánh giá cả chủ quan lẫn khách quan Chỉ ra những chỗ chưa vừa ý hay những chỗ cần cải thiện để những thành viên đảm nhận nhiệm vụ xây dựng mô hình có thể sửa chữa, cải tiến mô hình trở nên hoàn thiện nhất có thể Là một công việc, một quá trình, một giai đoạn rất quan trọng và cần thiết II.6 Hoàn thiện báo cáo và sản phẩm Là bước cuối cùng của dự án, sau khi những đánh giá cuối cùng được đưa ra và mô hình cũng đã được hoàn thiện thì bài báo cáo này được viết ra Nhằm tổng kết lại quá trình hoạt động của nhóm, và sản phẩm đạt được khi hoàn tất tất cả các công việc, nhiệm vụ III KHẢ NĂNG ÁP DỤNG VÀO THỰC TIỄN CỦA MÔ HÌNH III.1 Nhu cầu của người dân Thực tế cho thấy việc công nghệ hiện nay đang dần phát triển bởi vậy việc sản xuất, nuôi chồng nói chung và nuôi trồng thủy sản nói riêng dần bị giảm Nguyên nhân là do thu nhập kinh tế không đủ, chi phí xây dựng lớn nhưng lợi nhuận nhận lại không nhiều, ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khách quan như: thời tiết,… Có thể thấy việc thay đổi lợi nhuận khi sản xuất nuôi trồng thủy sản là không thể, tuy nhiên chúng ta có thể cải tiến tốc độ sản, độ ổn định trong sản xuất nhờ mô hình IoT này III.2 Mức độ thực tiễn của mô hình 12 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 Nhóm 1 – 2022DHTTMT01 Báo cáo nhập môn kỹ thuật Sau khi nghiên cứu kĩ lưỡng và cùng với việc tham khảo thêm một số mô hình IoT khác từ trong và ngoài nước nhóm xin dám chắc mô hình này khả thi khi xây dựng trong thực tế, áp dụng vào các ao cá ao tôm của người dân 13 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com)