báo cáo bài tập lớn đề tài khu vườn thông minh

Mặc dù có nhiều phương pháp kỹ thuật hiện đại, tuy nhiên, việc thựchiện các quy trình tưới nước vẫn chưa thực sự chính xác và đúng yêu cầu.Trong bối cảnh hiện nay, việc ứng dụng các thiế

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: KHU VƯỜN THÔNG MINH

Giảng viên hướng dẫn: TS Hàn Huy Dũng Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 09 Lớp thực hiên: ET-LUH 01 K65

Họ và tên MSSV

Nguyễn Trần Dũng Mai Quang Đăng Nguyễn Mạnh Hùng Nguyễn Nam Anh

20207552 20207547 20207564 20207543

Hà Nội, 7/2023

Đánh giá quyển báo cáo

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………Tên báo cáo:

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: (0): Không có, (1) có rất ít, (2) có vừa phải, (3) có nhiều, còn một ít lỗi (5) cónhiều, gần như không có lỗi

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấnđề và các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp)cũng như phạm vi ứng dụng của đồ án

5 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràngkết quả đạt được

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu vàphương pháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lýthuyết một cách có hệ thống

1 2 3 4 5

7 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có)giữa kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thờicung cấp lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thựchiện trong tương lai.

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

chương logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có

1 2 3 4 5

tiêu đề, được đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cậpđến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấuphẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệtkê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định10

Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phongkhoa học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phùhợp v.v.)

1 2 3 4 5

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinhthần làm việc của sinh viên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

LƯỢC SỬ HIỆU CHỈNH

VersionThực hiện bởiNgày hiệu chỉnhĐươc thông qua bởiNgày thông quaLý do

1.0Nguyễn Trần Dũng25/06/2023Thầy Hàn Huy Dũng29/06/2023Bản nháp thiết kế đầutiên

1.1Cả nhóm10/07/2023Thầy Hàn Huy Dũng13/07/2023Bản chỉnh sửa các lỗi1.2Cả nhóm15/07/2023Thầy Hàn Huy Dũng20/07/2023Hoàn thiện lần thứ nhất1.3Cả nhóm8/8/2023Thầy Hàn Huy Dũng8/82023Hoàn thiện báo cáo

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bước phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, đặcbiệt là ngành công nghệ thông tin và điện tử viễn thông, cuộc sống của conngười ngày càng được nâng cao và hiện đại hơn Các sản phẩm công nghệ vàứng dụng liên tục được cải tiến để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của conngười Trong bối cảnh bùng nổ của công nghệ thông tin, Internet of Things(IoT) - mạng lưới kết nối vạn vật, đã trở thành một xu thế tất yếu Để hướngtới sự thực tiễn và hữu ích cho cộng đồng, nhóm chúng em đã quyết địnhchọn đề tài “Thiết bị tự động tưới cây” trong môn học Kỹ thuật vi xử lý.

Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, thiết kế sản phẩm đo độẩm của đất, chúng em đã nỗ lực áp dụng kiến thức đã học trong quá trình họctập cũng như từ kinh nghiệm thực tiễn Với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tìnhtừ thầy Hàn Huy Dũng, chúng em đã hoàn thành mục tiêu của đề tài với kếtquả nghiên cứu, thiết kế và thực thi mạch điều khiển máy đo độ ẩm của đấtđạt độ chính xác cao và hoạt động tốt.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hàn Huy Dũng vì sự đồng hànhvà hỗ trợ trong suốt quá trình thực hiện đề tài Dù trong quá trình thực hiệnđôi khi gặp phải những khó khăn và sai sót do kiến thức hạn chế, chúng emđều mong nhận được sự chỉ bảo, bỏ qua và giúp đỡ từ thầy Chúng em hyvọng những đóng góp và ghi nhận của thầy sẽ giúp nội dung đề tài ngày cànghoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn sự đồng hành và ủng hộ của thầy!

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 24

2.2.Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất 29

2.3.Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng 30

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31

3.1.Nhu cầu người dùng 31

3.3.Thiết kế mạch điều khiển 36

3.3.1.Yêu cầu sản phẩm 36

3.3.2.Yêu cầu chức năng 36

3.3.3.Yêu cầu phi chức năng 38

3.4.Sơ đồ khối hệ thống 39

3.5.Kết luận chương 40

4.2 Xây dựng bài toán cho hệ thống tưới tiêu 43

4.3 Kịch bản tưới tiêu chi tiết 45

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ CHI TIẾT 46

5.1 Chi tiết linh kiện 46

5.1.4 Module I2C giao tiếp LCD1602 51

5.2 Sơ đồ hệ thống với các linh kiện đã được chọn 52

5.3 Thiết kế phần cứng 53

5.3.1 Sơ đồ kết nối chân 53

5.3.2 Mô phỏng sản phẩm trên Fritzing 53

5.4.5 Khởi tạo các thành phần của 2 cảm biến và LCD 56

5.4.5.1 Khởi tạo cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm không khí BME280 56

5.4.5.2 Khởi tạo LCD 57

5.4.5.3 Khởi tạo cảm biến đo độ ẩm đất 57

5.4.6 Vòng lặp của chương trình 58

5.4.6.1 Lấy dữ liệu độ ẩm đất 58

5.4.6.2 Lấy dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm không khí từ cảm biến BME280 58

5.4.6.3 Hiển thị dữ liệu lên LCD 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1:Biểu đồ khảo sát người dùng chi tiền cho thiết bị tự động tưới cây 18

Hình 2: Máy đo PMS-714 21

Hình 3;Hình 3:Máy đo Shinwa 72716 23

Hình 4: Sơ đồ khối toàn hệ thống 28

Hình 5: Hình5: Sơ đồ khối thiết bị 29

Hình 6; Hình 6: Sơ đồ chân vi điều khiển ESP32 31

Hình 7: ESP32-DEVKITV1-DOIT 32

Hình 8:Cảm biến BME280 34

Hình 9:Cảm biến HCSENS0003 34

Hình 10: Module I2C giao tiếp LCD1602 36

Hình 11: Lưu đồ thuật toán 44

Bảng 2:Bảng kế hoạch chi tiết 14

Bảng 3: Lựa chọn cảm biến 33

Bảng 4:Lựa chọn màn hình 35

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Trong chương này sẽ trình bày cung cấp một cái nhìn tổng quan về ýtưởng và phương pháp thực hiện đề tài cũng như kế hoạch thực hiện chodự án.

1.1 Đặt vấn đề

Trong thực tế, nền nông nghiệp tại nước ta vẫn đang gặp phải nhiều khókhăn, đặc biệt là trong việc áp dụng các kiến thức và kỹ thuật hiện đại vàohoạt động trồng trọt Đặc biệt, trong cộng đồng hộ gia đình trồng trọt nhỏ,việc quản lý và chăm sóc cây thường chưa được tối ưu hóa theo cách khoahọc Mặc dù có nhiều phương pháp kỹ thuật hiện đại, tuy nhiên, việc thựchiện các quy trình tưới nước vẫn chưa thực sự chính xác và đúng yêu cầu.

Trong bối cảnh hiện nay, việc ứng dụng các thiết bị tự động trong việctưới cây đang trở thành một giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu suất sảnxuất nông nghiệp tại cấp hộ gia đình Đối với những người trồng trọt nhỏ,việc chọn lựa cách tưới nước phù hợp và đảm bảo đúng lượng nước cho câylà vô cùng quan trọng Sử dụng hệ thống tưới tự động giúp người dùng khôngchỉ tiết kiệm thời gian và công sức mà còn đảm bảo cây trồng luôn được cungcấp nước đúng lúc và đúng lượng Hơn nữa, việc tưới nước theo mô hình tựđộng giúp người làm vườn không cần phải lo lắng và theo dõi liên tục, từ đótạo điều kiện tốt cho cây trồng phát triển và cải thiện năng suất.

Điều này thực sự hứa hẹn là một giải pháp mang tính đột phá trong việcquản lý và chăm sóc cây trồng tại các hộ gia đình trồng trọt nhỏ, từ đó nângcao hiệu quả sản xuất và chất lượng nông sản.

1.2 Lý do chọn đề tài

Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) là hệ thống thiếtbị tưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng

dụng rộng trên các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hìnhthức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí Ở Việt Nam chỉ vàiba năm trở lại đây việc vận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng Hệthống tưới nước tự động cũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ởnông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa nhưng không phải người dân nàocũng mạnh dạn đưa vào xử dụng vì chi phí đầu tư cao.

Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộcsống con người, làm cho cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi vàhiện đại Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã tạo ra những thiết bị máymóc hiện đại thay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏisự chính xác cao.

Nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, và vớinhững phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại năng suấtcao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng được nâng cao,đòi hỏi chất và lượng nâng cao Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiếncó khả năng đo đạc và điều khiển được các thông số của môi trường như:nhiệt độ, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giaiđoạn phát triển của cây trồng Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em

đã nghiên cứu và tiến hành thiết kế : “SẢN PHẨM ĐO ĐỘ ẨM ĐẤT’’

1.3 Mục đích nghiên cứu

Việc vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu, thiết kế và chế tạomô hình hệ thống tưới tự động là một hướng phát triển mang lại nhiều lợi íchcho việc tưới tiêu cây trồng Nhờ sử dụng kiến thức về vi điều khiển ESP32,giao tiếp I2C, và các modul cảm biến có thể xây dựng các thiết bị tưới tiêuthông minh, linh hoạt và hiệu quả

Ứng dụng kiến thức về lập trình IoT cho ESP32 sử dụng ESP-IDF,

chúng ta có thể tạo ra các hệ thống tưới tự động dễ dàng kiểm soát và giámsát từ xa, thích ứng với điều kiện thời tiết và nhu cầu của cây trồng Việc tíchhợp kiến thức về nông nghiệp và tưới tiêu vào quá trình nghiên cứu và thiếtkế sẽ đảm bảo rằng hệ thống tưới tiêu đáp ứng đúng mức độ ẩm và nhu cầucủa từng loại cây, từ đó giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ và đạt hiệu quảcao trong sản xuất Kết hợp những kiến thức này, chúng ta có thể tạo ra cácphương án tưới tiêu mới, hiện đại và tiết kiệm nước, góp phần nâng cao hiệuquả nông nghiệp, bảo vệ tài nguyên nước và tạo ra môi trường bền vững.Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung đề tài, nhóm chúng em tiến hành nghiên cứu cơsở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng của các thế hệ sảnphẩm tiền nhiệm Bắt đầu từ việc lựa chọn các cảm biến phù hợp và phươngpháp thu thập dữ liệu Sau đó chúng em thảo luận về các kỹ thuật xử lý dữliệu và ứng dụng của các thuật toán phân tích tín hiệu Ngoài ra, chúng em sẽnghiên cứu và áp dụng các phương pháp để nâng cao độ chính xác và độ tincậy của hệ thống.

1.4 Kế hoạch thực hiện

Giai đoạn 1: Khám phá và tìm hiểu những thiết kế, nghiên cứu và thiết

bị hiện có liên quan đến đề tài Phân tích những hạn chế hiện tại và đề xuấtcác giải pháp sáng tạo để định hướng cho dự án.

Giai đoạn 2: Tập trung vào việc nghiên cứu và hiểu rõ các linh kiện sẽ

sử dụng Đồng thời vẽ sơ đồ khối hệ thống và thiết kế một thiết bị đo nhiệt độvà độ ẩm thông minh Tìm hiểu về vi điều khiển ESP32, giao thức I2C vàcách lập trình để có thể hiển thị các thông số đo lường lên màn hình LCD.

Giai đoạn 3: Nghiên cứu để tạo ra một thiết bị tưới tự động thông minh

cho nông nghiệp Cần hiểu rõ kiến thức về nông nghiệp để xây dựng một kịch

bản tưới tiêu hiệu quả Sau đó sẽ áp dụng các kiến thức này để lập trình thiếtbị tự động tưới các loại rau.

Giai đoạn 4: Tiến hành thử nghiệm thiết bị nhiều lần để đảm bảo tính

ổn định và chính xác của nó Bằng cách kiểm tra và phát hiện các lỗi có thểxảy ra, hoàn thiện thiết bị một cách tốt nhất Cuối cùng, xây dựng định hướngphát triển cho thiết bị và hoàn thiện báo cáo cũng như slide trình bày thôngtin về thiết bị.

Bảng 1: bảng kế hoạch tuần

1.5 Kế hoạch chi tiết

Phân tích vấn đề, xác định nhu cầu, xác địnhphương pháp nghiên cứu, phương pháp thực

Tìm hiểu về các linh kiện sẽ sử dụng, lập bảngso sánh các linh kiện, lựa chọn linh kiện, mua

linh kiện

Vẽ sơ đồ khối hệ thống với các thiết bị đãđược chọn, mô phỏng thiết bị bằng fritzing

Vẽ lưu đồ trạng thái cho vi điều khiển ESP32 Nguyễn Mạnh Hùng Hoàn thànhViết code espidf cho ESP32 tưới cây theo kịch

bản đã được xây dựng

Thực hiện các bài kiểm tra, kiểm thử thiết bịphát hiện lỗi và sửa, xác định phương hướng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG2.1 Khái niệm về hệ thống tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự độngnhằm điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà khôngcó sự tham gia trực tiếp của con người.

Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mốiliên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điềukhiển một hệ thống khác.

2.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất

Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trêncơ sở cơ giới hóa và điện khí hóa Khi có những đột phá mới trong lĩnhvực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tựđộng có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực choxã hội Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng, giá thành.

Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lạinhững hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suấtlao động, cải thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiệnđại, thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất Từ đó sẽ tăng khả năngcạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất.

Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quantrọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà cònứng dụng phục vụ đời sống con người Trong sản xuất nó thay thế con người

những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại,công việctinh vi hiện đại còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽđược ứng dụng phục vụ nhu cầu sống Nó sẽ là phương tiện không thể thiếutrong đời sống chúng ta.

2.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng

Công trường thực vật là nơi trọng tâm sản xuất nông nghiệp trong quátrình hiện đại hóa Toàn bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảmbớt sức người, nâng cao sản lượng…

Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉphát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuynền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việctưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài cácnước đang phát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất.

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tựđộng hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệthông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnhvực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vựccho mọi quốc gia.

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Chương này sẽ nhằm mục đích phân tích nhu cầu của các gia đình, cănhộ có nhu cầu trồng trọt và chăm sóc thực vật Phân tích các sản phẩm hiệncó trên thị trường, đồng thời xây dựng một mô hình cho hệ thống sản phẩmcủa đề tài.

3.1 Nhu cầu người dùng

Ở cấp hộ gia đình trồng trọt nhỏ, nhu cầu của người dùng đối với hệthống tưới tự động là rất rõ ràng Họ đang tìm kiếm một giải pháp giúp họquản lý và chăm sóc cây trồng một cách hiệu quả hơn Những người nàythường là những người yêu thích trồng cây, nhưng do hạn chế thời gian vàkiến thức kỹ thuật, việc quản lý tưới nước trở nên khó khăn.

Với hệ thống tưới tự động, người dùng mong muốn có một cách thức tựđộng hóa việc tưới cây, từ đó tiết kiệm thời gian và công sức Hệ thống nàynên đảm bảo cung cấp đúng lượng nước cần thiết cho từng loại cây, theo yêucầu nông học, để đảm bảo cây trồng luôn được cung cấp đủ nước để pháttriển mạnh mẽ Hơn nữa, hệ thống nên có khả năng điều chỉnh tùy theo điềukiện thời tiết và môi trường, để đảm bảo tối ưu hóa hiệu quả tưới cây.

Từ những nhu cầu này, người dùng hy vọng hệ thống tưới tự động sẽgiúp họ không chỉ quản lý cây trồng tốt hơn mà còn tạo điều kiện thuận lợicho sự phát triển của cây, từ đó cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm.

3.2 Giới thiệu một số sản phẩm đã có sẵn trên thị trường

3.2.1 Máy đ o độ ẩ m đấ t Lutron PMS-714

LUTRON PMS-714 là máy đo độ ẩm đất được thiết kế để kiểm tra độẩm của đất hoặc các vật liệu tương tự khác Máy đo độ ẩm đất Lutron PMS-714 có mạch bộ vi xử lý đảm bảo tính chính xác cao và cung cấp các chứcnăng và tính năng đặc biệt.

Hình 1: Máy đo PMS-714Đặc tính kỹ thuật Máy đo độ ẩm đất Lutron PMS-714:

Độ chính xác ± ( 5 % + 5 d ) toàn thang tại 23 °C

Đánh giá sản phẩm máy đo độ ẩm đất Lutron PMS-714:

Máy đo độ ẩm đất Lutron PMS-714 mang đến nhiều ưu điểm Trướctiên, thiết bị được thiết kế nhỏ gọn và dễ sử dụng, cho phép người dùng dễdàng cầm nắm và thực hiện các đo đạc một cách thuận tiện Độ chính xác củamáy cũng đáng chú ý, giúp cung cấp kết quả đo chính xác và tin cậy về độẩm đất Sự đa năng của máy là một lợi thế, vì nó có thể được áp dụng trongnhiều lĩnh vực như nông nghiệp, làm vườn, xây dựng và kiểm tra chất lượngđất trong các dự án khác Điều này giúp máy trở thành một công cụ hữu íchvà tiện ích cho những người làm việc liên quan đến quản lý và chăm sóc đất.

Tuy nhiên, máy đo độ ẩm đất Lutron PMS-714 cũng có một số nhượcđiểm cần xem xét Đầu tiên là giá thành, máy có thể có giá cao hơn so vớimột số thiết bị đo độ ẩm đất khác có tính năng tương tự Điều này có thểkhiến máy trở nên không phù hợp với người dùng có ngân sách hạn chế.Ngoài ra, máy đòi hỏi nguồn điện liên tục hoặc pin hoạt động, điều này có thểgây phiền hà nếu người dùng không có nguồn điện dự phòng hoặc làm việc ởnơi không có nguồn điện dễ dàng Thiết bị này có thể yêu cầu người dùng cókiến thức và kỹ năng sử dụng, vì vậy không phù hợp cho người không quenthuộc với các thiết bị đo lường phức tạp Mặc dù có nhược điểm nhất định,tuy nhiên, máy đo độ ẩm đất Lutron PMS-714 vẫn mang lại giá trị và hiệuquả trong việc đo đạc độ ẩm đất chính xác và đáng tin cậy.

3.2.2.Máy đo pH, độ ẩm, nhiệt độ đất Shinwa 72716

Sản phẩm được thiết kế với màn hình hiển thị LCD rõ ràng, tích hợp bachức năng quan trọng: Đo pH, đo độ ẩm và đo nhiệt độ của lòng đất Chỉ cầncắm vào lòng đất và kết quả sẽ được hiển thị ngay lập tức., Máy đo pH, độẩm, nhiệt độ đất SHINWA 72716 là thiết bị hoàn hảo cho những ai yêu thíchchăm sóc cây cảnh và muốn kiểm soát chính xác điều kiện môi trường Thiếtkế nhỏ gọn, dễ sử dụng và hiệu quả.

Cách sử dụng:

Cách sử dụng của máy đơn giản, người dùng chỉ cần cắm đầu đo vào đấthoặc nước cần kiểm tra, sau đó đọc kết quả trên màn hình hiển thị Để đo pH,người dùng chỉ cần đặt đầu đo vào đất hoặc dung dịch cần kiểm tra và máy sẽhiển thị giá trị pH Để đo độ ẩm đất, người dùng đơn giản là đặt đầu đo vàođất và máy sẽ hiển thị độ ẩm đất theo phần trăm Còn để đo nhiệt độ đất,người dùng cũng chỉ cần cắm đầu đo vào đất và máy sẽ hiển thị nhiệt độ đấttheo đơn vị Celsius hoặc Fahrenheit.

Hình 2;Hình 3:Máy đo Shinwa 72716Đặc tính kỹ thuật Máy đo Shinwa

Khoảng đo nhiệt độ đất -9 đến 50°C (Độ chia: 1°C, Độ chínhxác: ±0.1°C)

12 giờ

Đánh giá sản phẩm Máy đo pH, độ ẩm, nhiệt độ đất Shinwa 72716

Máy đo pH, độ ẩm, nhiệt độ đất Shinwa 72716 có nhiều ưu điểm giúpnâng cao hiệu quả trong việc đo lường và giám sát môi trường đất và nước.Đầu tiên, thiết bị tích hợp các chức năng đo pH, độ ẩm và nhiệt độ trong một,giúp tiết kiệm thời gian và chi phí Người dùng không cần phải sử dụng nhiềuthiết bị riêng biệt, thuận tiện và tiết kiệm không gian trong quá trình sử dụng.Thứ hai, máy đo Shinwa 72716 dễ sử dụng với các đầu đo tiếp xúc đơn giản.Chỉ cần cắm đầu đo vào đất hoặc dung dịch, người dùng có thể đọc kết quảtrên màn hình hiển thị dễ nhìn Thứ ba, máy có thiết kế nhỏ gọn, giúp dichuyển và sử dụng linh hoạt ở nhiều vị trí khác nhau trong vườn hoặc trangtrại Cuối cùng, máy đo Shinwa 72716 cung cấp kết quả đo đạc đáng tin cậyvà chính xác, giúp người dùng đánh giá môi trường đất và nước một cáchchính xác và hiệu quả.

Mặc dù có nhiều ưu điểm, máy đo pH, độ ẩm, nhiệt độ đất Shinwa72716 cũng có một số nhược điểm cần lưu ý Đầu tiên, máy có thể gặp khókhăn khi đo các loại đất có cấu trúc phức tạp hoặc chứa nhiều đá và chấtcứng, dẫn đến giảm độ chính xác của kết quả đo Thứ hai, hạn chế độ sâu đođạc trong đất cũng là một điểm yếu của máy đo này Điều này có thể làm hạnchế việc đo ở những vị trí sâu trong đất hoặc nước ngầm, khiến cho việc theodõi môi trường trong những vùng sâu hoặc khó tiếp cận trở nên khó khăn.Cuối cùng, máy đo Shinwa 72716 cần được hiệu chuẩn thường xuyên để đảm

bảo độ chính xác và tin cậy của dữ liệu đo được Sự thiếu hiệu chuẩn định kỳcó thể làm giảm độ tin cậy và độ chính xác của thiết bị, đòi hỏi sự chú ý vàbảo dưỡng thường xuyên từ người dùng.

3.2.3 Ưu nhược điểm chung của các thiết bị

Ưu điểm: Với kích thước nhỏ gọn, thiết bị dễ dàng được tích hợp vàonhiều môi trường khác nhau Đáp ứng với mức chính xác cao, các thiết bị nàycung cấp thông tin đo chính xác về nhiệt độ và độ ẩm đất, giúp người dùnghiểu rõ hơn về môi trường xung quanh.

Nhược điểm: Có những thiết bị có giá thành khá cao và yêu cầu sử dụngnhiều nguồn tài nguyên như pin hoặc nguồn điện liên tục Một số máy đo yêucầu kiến thức sử dụng để hiểu và giải thích đúng các dữ liệu đo Trong trườnghợp các thông số đo được phức tạp, việc hiểu rõ và áp dụng đúng thông tin cóthể đòi hỏi sự nắm vững kiến thức và kỹ năng Điều này có thể tạo ra rào cảncho người dùng không có kinh nghiệm hoặc kiến thức liên quan Các máy đocũng có tính nhạy cảm và dễ bị hỏng nếu không được sử dụng hoặc bảo quảnđúng cách Một số thiết bị có thể phụ thuộc vào điều kiện môi trường xungquanh, gây ra sai số hoặc biến đổi trong dữ liệu đo, tạo ra những khó khănkhông mong muốn trong việc đo lường.

Tóm lại, vì sự hạn chế về hiểu biết và chi phí khá lớn, nhiều người vẫnchưa thể tiếp cận sử dụng sản phẩm Do đó, nhóm chúng em đã tập trung vàonghiên cứu và phát triển một hệ thống tưới cây tự động với chi phí thấp, thiếtkế đơn giản và khả năng dễ dàng sửa chữa.

3.3 Thiết kế mạch điều khiển3.3.1 Yêu cầu sản phẩm

Dựa trên việc nghiên cứu về những thiết bị tương tự hiện đã xuấthiện trên thị trường, yêu cầu chức năng cũng như phi chức năng của thiếtbị tự động đo nhiệt độ và độ ẩm, thể hiện trên màn hình LCD, và tự động

tưới cây theo nhu cầu riêng biệt của từng loại cây được xác định.

3.3.2 Yêu cầu chức năng

Máy đo nhiệt độ và độ ẩm đột phá này mang đến sự tiện dụng và chínhxác cho người dùng Giao diện người dùng thông minh, đơn giản và dễ sửdụng giúp hiển thị thông tin đo lường một cách rõ ràng và dễ hiểu Với khảnăng ổn định cao, máy không bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường như nhiệtđộ, ánh sáng hoặc áp suất Công nghệ tiên tiến và cảm biến độc quyền đảmbảo cung cấp kết quả đo nhiệt độ và độ ẩm chính xác và đáng tin cậy Máy đonày là công cụ quan trọng cho nhiều lĩnh vực và giúp người dùng theo dõimôi trường xung quanh một cách hiệu quả.

Giao diện người dùng:

Thiết kế giao diện người dùng của sản phẩm đơn giản, trực quan và thânthiện để tối ưu hóa trải nghiệm của người dùng Giao diện được thiết kế saocho dễ sử dụng và dễ hiểu, giúp người dùng tương tác với sản phẩm một cáchtự nhiên và thuận tiện.

Sản phẩm cung cấp các hướng dẫn chi tiết và dễ hiểu, giúp người dùngnắm bắt và sử dụng các tính năng một cách chính xác Hướng dẫn trình bàymột cách cụ thể và dễ theo dõi, giúp người dùng giải quyết các vấn đề và thắcmắc một cách nhanh chóng và dễ dàng.

Thu thập và phân tích dữ liệu độ ẩm.

Yêu cầu thiết kế cần một hệ thống thu thập và phân tích dữ liệu độ ẩmhiệu quả Hệ thống này sẽ có khả năng thu thập dữ liệu từ cảm biến hoặc thiếtbị đo độ ẩm trong môi trường Dữ liệu thu thập sau đó được xử lý và phântích để xác định các kiểu và xu hướng của độ ẩm trong thời gian Qua việcphân tích dữ liệu, nhận định các mô hình và xu hướng của độ ẩm trong thờigian, từ đó tạo ra các kịch bản tưới tiêu hiệu quả.

Hệ thống sẽ sử dụng các phương pháp và thuật toán phân tích được tốiưu hóa để phát hiện và dự đoán kịch bản tưới tiêu phù hợp Các thuật toánnày sẽ giúp hệ thống nhận biết các tín hiệu và biến đổi độ ẩm quan trọng, từđó dự đoán các thời điểm và lượng nước cần tưới để đảm bảo cây trồng nhậnđủ nước mà không bị lãng phí Việc sử dụng các thuật toán phân tích tối ưuhóa sẽ giúp cải thiện hiệu suất và đáng tin cậy của hệ thống tưới tiêu tự động.

Đa dạng hóa sản phẩm

Sản phẩm với mục tiêu đa dạng hóa để đáp ứng nhu cầu phân tích độ ẩmcủa nhiều loại sản phẩm khác nhau Thiết bị hỗ trợ phân tích độ ẩm cho nhiềuloại sản phẩm khác như vật liệu xây dựng, ngũ cốc, dược liệu … Điều nàyđảm bảo rằng sản phẩm có thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành côngnghiệp và ứng dụng khác nhau.

Cung cấp các tùy chọn tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thểcủa từng sản phẩm và ứng dụng đo Cho phép người dùng linh hoạt lựa chọncác tính năng và chức năng phù hợp với nhu cầu sử dụng

Tùy chỉnh và điều chỉnh

Tạo giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng, giúp người dùng cóthể dễ dàng tùy chỉnh và cấu hình các thông số về độ ẩm theo nhu cầu riêngcủa họ Sản phẩm được cung cấp để người dùng đặt ngưỡng và điều chỉnhcác giá trị mục tiêu phù hợp với từng sản phẩm và môi trường sử dụng.Người dùng có thể đặt các ngưỡng an toàn hoặc điều kiện tối ưu cho việcgiám sát độ ẩm và sẽ nhận được thông báo khi giá trị đo vượt quá hoặc dướingưỡng người dùng mong muốn

3.3.3 Yêu cầu phi chức năng

Dựa trên yêu cầu nhu cầu sử dụng, chúng ta có thể thiết kế một thiết bịcảm biến nhiệt độ và độ ẩm sử dụng cảm biến kỹ thuật số BME280 Thiết bịnày sẽ hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -40°C đến 85°C và độ ẩm từ 0%đến 100% RH Độ chính xác của cảm biến là ±1°C cho nhiệt độ và ±3% RHcho độ ẩm tương đối, đảm bảo dữ liệu thu thập chính xác và tin cậy.

Thiết bị sẽ được trang bị giao tiếp kỹ thuật số, cho phép tương tác thôngqua giao thức I2C hoặc SPI(chế độ 3 hoặc 4 dây), giúp kết nối với các thiết bịkhác một cách dễ dàng Màn hình hiển thị sẽ là một màn LCD có kích thước16x2, giúp hiển thị nhiệt độ và độ ẩm đọc được từ cảm biến một cách rõ ràngvà dễ đọc.

Về thiết kế sẽ tập trung vào việc tạo kích thước nhỏ gọn và di động chothiết bị, giúp dễ dàng mang theo và sử dụng ở bất kỳ nơi nào Thiết bị sẽđược thiết kế bền vững và đáng tin cậy để đảm bảo tuổi thọ trung bình 5 nămvà khả năng sử dụng trong thời gian dài.

Khả năng chịu nước tốt cũng là một yếu tố quan trọng trong thiết kế Vỏngoài của thiết bị sẽ được làm chắc chắn và chống thấm nước, giúp bảo vệcác bộ phận bên trong khỏi sự tác động của môi trường ẩm ướt.

Tóm lại, thiết bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm BME sẽ là một sản phẩmtiện ích, đáng tin cậy và dễ sử dụng Với khả năng giao tiếp kỹ thuật số, mànhình LCD, nó sẽ giúp người dùng dễ dàng quan sát và theo dõi các thông sốnhiệt độ và độ ẩm một cách chính xác và thuận tiện.

3.4 Sơ đồ khối hệ thống

Thiết kế mạch điều khiển có chức năng thực hiện điều khiển đóng ngắtthiết bị điện tự động thông qua các cảm biến BME280 (cảm biến nhiệt độ vàđộ ẩm).

Hệ thống được thiết kế gồm các khối:

Khối thu gồm cảm biến nhiệt độ và độ ẩm BME280: Nhận dữ liệu từcảm biến nhiệt độ, độ ẩm rồi cung cấp dữ liệu thu được cho khối xử lý trungtâm Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: Chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm sangđiện áp

Khối xử lý trung tâm (vi điều khiển) sử dụng ESP32: Điều phối và quảnlý hoạt động của các khối khác.

Khối hiển thị sử dụng LCD: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, thời gian tưới câyvà các thông báo khác.

Khối điều khiển thiết bị: Điều khiển các thiết bị tưới cây, nhận lệnh điềukhiển từ khối xử lý trung tâm và kích hoạt các thiết bị tưới cây.

Hình 3: Sơ đồ khối thiết bị

Tín hiệu nhiệt độ và độ ẩm sẽ được cảm biến nhiệt độ không khí và cảmbiến độ ẩm đất gửi về vi điều khiển Sau đó vi điều khiển sẽ xử lý và gửi dữliệu nhiệt độ không khí và độ ẩm đất hiển thị lên màn hình LCD Đồng thờidữ liệu nhiệt độ không khí và độ ẩm đất thu được sẽ được so sánh với các giá

trị đã được cài đặt trước đó Nếu độ ẩm đất và nhiệt độ không khí trong môitrường đạt đến ngưỡng được định trước, hệ thống sẽ tự động kích hoạt máybơm tưới nước.

3.5 Kết luận chương

Chương này đã đi sâu vào các khía cạnh khác nhau của đo độ ẩm, xâydựng hệ thống, các sản phẩm có sẵn trên thị trường và cuối cùng đề xuất mộtmô hình toàn diện cho hệ thống đo độ ẩm

CHƯƠNG 4 KỊCH BẢN TƯỚI TIÊU

Tưới đúng và hiệu quả là yếu tố quan trọng nhất trong việc trồng cây,đảm bảo cung cấp đủ nước, khuyến khích rễ phát triển mạnh mẽ, tăng trưởngvà sản xuất, ngăn ngừa hạn hán và giảm lãng phí nước, cùng với khả năngchống chịu biến đổi khí hậu Trong chương này chúng em nghiên cứu về tầmquan trọng của việc tưới cây và lưu ý khi thực hiện việc này để xây dựng mộtkịch bản tưới tiêu hợp lý nhất.

4.1 Tìm hiểu về cây trồng và tưới tiêu

Tưới tiêu là một khía cạnh vô cùng quan trọng đối với sự phát triển vàtạo ra những cây trồng khỏe mạnh và mùa màng bội thu Việc cung cấp đủnước cho cây giúp duy trì quá trình quang hợp, hấp thụ chất dinh dưỡng vàhoạt động của các quá trình sinh học cần thiết để cây phát triển Nước đóngvai trò quan trọng trong việc vận chuyển chất dinh dưỡng từ đất đến cây,đồng thời cũng giúp điều hòa nhiệt độ của cây trong môi trường thay đổi.Việc tưới tiêu hợp lý không chỉ giúp cây vượt qua hạn hán mà còn cải thiệnchất lượng và sản lượng của cây trồng, góp phần tạo ra nền nông nghiệp bềnvững và đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của con người.

Khi nhiệt độ đất quá nóng (trên 30-35 độ C): Khi nhiệt độ đất quá cao,cây có thể mất nước nhanh chóng và gặp khó khăn trong việc hấp thụ dinhdưỡng Trong trường hợp này, chúng ta nên tưới cây.

Khi nhiệt độ đất quá thấp (dưới 5 độ C): Đất quá lạnh có thể làm ảnh