báo cáo chuyên đề 1 đề tài thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho mát từ xa thông qua iot

Ở nước ta có nhiều loại hàng hóa, đặc biệt là nông sản cần được bảo quản nhưng việc giám sát quản lí bảo quản thì vẫn làm theo phương pháp thủ công cần cán bộ kỹ thuật tiến hành đo đạc,

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

-o0o -BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM

SÁT, ĐIỀU KHIỂN KHO MÁT TỪ

XA THÔNG QUA IOT

SINH VIÊN THƯC HIỆN : PHẠM TRẦN MINH ĐỨC

MSSV: 2105120060

Thành phố Hồ Chí Minh 05/2024

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

-o0o -PHIẾU ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC

Học phần: Chuyên đề 1 - 0111000723

Họ và tên sinh viên: Phạm Trần Minh Đức

MSSV: 2105120060

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển kho mát từ xa

thông qua IoT

TPHCM, ngày 16 tháng 5 năm 2024

Nguyễn Quỳnh

Anh

MỤC LỤC

Contents

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4

1.1 Đặt Vấn Đề 4

1.2 Mục Tiêu Cá Nhân 5

1.3 Phân Tích Thị Trường 5

1.3.1 Nhu Cầu Của Người Dùng/Thị Trường 5

1.3.2 Xu Hướng Thị Trường 6

1.3.3 Sản Phẩm Trên Thị Trường 6

1.3.4 Các Tính Năng 7

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MẠCH 9

2.1 Thiết Kế 9

2.1.1 Sơ Đồ Khối Hệ Thống 9

2.1.2 Chức Năng Các Khối 9

2.1.3 Nguyên Lý Hoạt Động 9

2.1.4 Sơ Đồ Thuật Toán 10

2.1.5 Sơ Đồ Nguyên Lý 10

2.1.6 Sơ Đồ Mạch In 12

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC HỆ THỐNG 13

3.1 Cấu Trúc Chung Của Hệ Thống 13

3.2 Kiến Trúc Của Hệ Thống 13

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG THEO GIAO THỨC IOT 14

4.1 Tổng Quan Về Hệ Thống 14

4.2 Thành Phần Hệ Thống 14

4.3 Hoạt Động Của Hệ Thống 14

4.4 Giao Thức Zigbee 14

4.5 Giao Thức MQTT 15

4.6 Ưu Điểm Và Thách Thức 15

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ 16

5.1 Đã Hoàn Thành 16

5.2 Chưa Hoàn Thành 16

5.3 Bản Thân Đã Làm Được 16

5.4 Bản Thân Chưa Làm Được 16

5.5 Ưu Điểm 16

5.6 Nhược Điểm 16

5.7 Hướng phát triển 16

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Đặt Vấn Đề

Ngày nay khi nền nông nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo

ra ngày càng phong phú nhưng khả năng lưu thông hàng hóa ở nước

còn gặp nhiều khó khăn vì vậy nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong các

kho ngày càng nhiều Việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản,

lưu trữ các sản phẩm công-nông nghiệp trong các kho hàng là rất

quan trọng Thông thường với các loại hàng hóa được lưu trữ, nhiệt

độ, độ ẩm trong phòng lưu trữ phải luôn duy trì ở một mức nhất định

Ở nước ta có nhiều loại hàng hóa, đặc biệt là nông sản cần được bảo

quản nhưng việc giám sát quản lí bảo quản thì vẫn làm theo phương

pháp thủ công cần cán bộ kỹ thuật tiến hành đo đạc, kiểm tra để đưa

ra giải pháp để tăng hoặc giảm nhiệt độ, độ ẩm theo yêu cầu

Cũng giống như trên, trong các phòng thí nghiệm, trong bệnh

viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, trong các khu sản xuất rau

sạch, các kho bảo quản nông sản, các kỹ thuật viên, người quản lý

cũng cần giám sát các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, để đưa

ra các phương án xử lý các vấn đề xảy ra Đặc biệt là khi số lượng

kho hàng hay khu nuôi trồng cần giám sát lớn thì với phương pháp

thủ công chúng ta sẽ mất nhiều thời gian và công sức mà công việc lại

không hiệu quả Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông

tin, công nghệ kỹ thuật tiên tiến đã được áp dụng nhằm giải quyết vấn

đề trên, ví dụ như các thiết bị giám sát, điều khiển nhà kính, khu sản

xuất, kho hàng hóa thông qua internet đã giải quyết gần như tuyệt đối

các vấn đề ở trên, nhưng các thiết bị trên chỉ hoạt động với các thiết

bị điều khiển bằng tín hiệu điện, còn với các nhà kính, kho hàng lắp

đặt cá thiết bị dân dụng như quạt, điều hòa, tivi được điều khiển qua

các bộ remote hồng ngoại đi kèm thì còn hạn chế

Chính vì thế, nhằm giải quyết vấn đề trên áp chúng em quyết

định chọn đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát, điều

khiển kho mát từ xa thông qua IOT” để đáp ứng được nhu cầu điều

khiển, giám sát cho các kho hàng hóa, nhà kính lắp đặt các thiết bị

điều khiển bằng hồng ngoại được thuận tiện hơn

Với sản phẩm được thiết kế có thể đo được nhiệt độ, độ ẩm

hiện tại của máy điều hòa tại các kho lưu trữ có phù hợp với nông sản

được lưu trữ hay không và gửi dữ liệu về điện thoại để người quản lý

có thể kiểm soát và đưa ra các giải pháp nhanh cho việc quản lý, nhất

là trên diện rộng, đơn giản hóa việc giám sát, cũng như tiết kiệm

nguồn nhân lực quản lý

1.2 Mục Tiêu Cá Nhân

Em thiết kế thiết bị với mong muốn giám sát điều khiển

được một số loại quạt của các kho mát từ xa thông qua ứng dụng

IOT Thiết bị tích hợp module wifi ESP8266 làm vi điều khiển

trung tâm, Blynk để lưu trữ dữ liệu, module thu, phát tín hiệu và

màn hình hiển thị LCD1602, I2C_LCD Thiết bị có khả năng

điều khiển cũng như học lệnh từ remote, thích ứng với nhiều

loại máy quạt của nhiều hãng khác nhau, giám sát và điều khiển

thiết bị thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh sử dụng

hệ điều hành android và trên giao diện trên máy tính

1.3 Phân Tích Thị Trường

1.3.1 Nhu Cầu Của Người Dùng/Thị Trường

Nhu cầu của người dùng/thị trường đối với hệ thông giám

và điều khiển kho mát đã tăng lên đáng kể trong những năm gần

đây Các yếu tố chính thúc đẩy nhu cầu này bao gồm:

 Tăng Cường Hiệu Quả Quản Lý Kho: Việc sử dụng IoT trong

việc giám sát kho mát cho phép doanh nghiệp có thể theo dõi

liên tục tình trạng nhiệt độ và độ ẩm mà không cần có nhân viên

trực tiếp kiểm soát Điều này đảm bảo tính chính xác và hiệu

quả cao hơn trong việc bảo quản hàng hóa Hệ thống có thể tự

động gửi cảnh báo đến người quản lý nếu có bất kỳ sai lệch nào

so với chuẩn đề ra, giúp kịp thời xử lý các sự cố mà không làm

ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

 Cắt Giảm Chi Phí Vận Hành: Việc giám sát từ xa giảm nhu cầu

sử dụng nhân lực cho công tác giám sát thường xuyên, từ đó

giảm bớt chi phí nhân công cho các doanh nghiệp Hệ thống

thông minh có thể tự động điều chỉnh các thiết bị làm mát dựa

trên nhu cầu thực tế, giúp tiết kiệm điện năng hiệu quả

 Nâng Cao Chất Lượng Sản Phẩm: Thông qua việc giám sát và

điều chỉnh liên tục các thông số kho mát, hệ thống giúp bảo

quản hàng hóa một cách tốt nhất, đảm bảo chất lượng sản phẩm

khi đến tay người tiêu dùng

 Ứng Dụng Trong Nhiều Ngành Nghề Khác Nhau: Thực phẩm

và đồ uống đối với các sản phẩm như thực phẩm tươi sống, thịt,

cá, sản phẩm làm lạnh là cực kỳ quan trọng để bảo quản Dược

phẩm nhiều loại thuốc, vaccine yêu cầu điều kiện bảo quản

nghiêm ngặt về nhiệt độ để đảm bảo hiệu quả và an toàn sử

dụng

 Đáp Ứng Xu Hướng Thị Trường Hiện Đại: Sự cao cấp và tự

động hóa thị trường hiện đại ngày càng ưa chuộng các giải pháp

kỹ thuật số và tự động hóa Hệ thống giám sát từ xa không chỉ

hiệu quả mà còn tăng trải nghiệm sự chuyên nghiệp, hiện đại

cho doanh nghiệp

1.3.2 Xu Hướng Thị Trường

 Tăng Trưởng Nhu Cầu Trong Các Ngành Công Nghiệp :

Ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa mỹ phẩm và các ngành khác

yêu cầu điều kiện bảo quản nghiêm ngặt đang là những thị

trường tiềm năng cho giải pháp này Với sự gia tăng của nhu cầu

về chất lượng và an toàn sản phẩm, các doanh nghiệp ngày càng

coi trọng việc kiểm soát môi trường bảo quản

 Đẩy Mạnh Xu Hướng Tự Động Hóa và Công Nghiệp 4.0: Sự

phát triển của công nghệ IoT, AI và các giải pháp số hóa đang

thúc đẩy xu hướng tự động hóa và thông minh hóa trong quản lý

kho lạnh Các doanh nghiệp ngày càng tìm kiếm các giải pháp

công nghệ hiện đại để nâng cao hiệu quả, năng suất và cạnh

tranh

 Sự Gia Tăng của Các Tiêu Chuẩn và Quy Định Nghiêm Ngặt:

Các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm, dược phẩm và quản lý môi

trường ngày càng được siết chặt Các giải pháp giám sát và điều

khiển kho mát từ xa có thể giúp các doanh nghiệp tuân thủ các

quy định này một cách hiệu quả

1.3.3 Sản Phẩm Trên Thị Trường

 Danfoss Cold Chain Management

 Hoạt Động: Danfoss Cold Chain Management tích hợp cảm biến

nhiệt độ và độ ẩm kết nối với IoT để theo dõi và điều chỉnh từ xa qua

nền tảng trực tuyến Sử dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán và ngăn chặn

các sự cố hoặc thay đổi không mong muốn trong điều kiện môi

trường kho lạnh

 Ưu điểm: Tự động hóa quá trình giám sát và điều khiển, giúp tiết

kiệm thời gian và tăng hiệu suất Tích hợp chức năng cảnh báo sớm

để ngăn chặn mất mát hàng hóa

 Nhược điểm: Cần kỹ thuật viên chuyên nghiệp hoặc đào tạo để triển

khai và bảo trì

 Niotex Cold Chain Monitoring System

 Hoạt Động: Sử dụng IoT để gửi dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm và sự

chuyển động từ kho lạnh đến hệ thống quản lý trung tâm Cho phép

quản lý và điều chỉnh điều kiện môi trường từ xa qua ứng dụng di

động và giao diện web

 Ưu điểm: Giao diện thân thiện và dễ sử dụng Cung cấp tính linh hoạt

cao cho việc theo dõi và điều chỉnh từ xa

 Nhược điểm: Thời gian phản hồi có thể bị ảnh hưởng bởi tình trạng

kết nối internet Yêu cầu kỹ thuật viên có kỹ năng để cài đặt và vận

hành

1.3.4 Các Tính Năng

 Các tính năng cơ bản

 Hệ thống có khả năng cung cấp thông tin về nhiệt độ và độ ẩm trong

kho mát để đảm bảo rằng các sản phẩm được bảo quản ở điều kiện lý

tưởng

 Cung cấp khả năng mở và đóng cửa kho từ xa, giúp quản lý việc xuất

nhập hàng hóa một cách hiệu quả

 Hệ thống có thể gửi cảnh báo khi nhiệt độ hoặc độ ẩm vượt quá

ngưỡng cho phép, giúp người quản lý có thể can thiệp kịp thời

 Cho phép người quản lý theo dõi thời gian thực và ghi lại hình ảnh

trong kho mát để kiểm tra tình trạng hàng hóa

 Hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ dựa trên thông tin

từ cảm biến hoặc theo lịch trình quy định trước đó

 Tính năng này giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, giúp giảm

thiểu chi phí vận hành

 Hệ thống cung cấp giao diện dễ sử dụng, cho phép người quản lý dễ

dàng theo dõi và điều khiển kho mát từ xa

 Tính năng này cung cấp báo cáo về nhiệt độ, độ ẩm, và các sự kiện

quan trọng, giúp người quản lý hiểu rõ hơn về hoạt động của kho mát

 Các tính năng nâng cao

 Sử dụng AI và Machine Learning để dự đoán thời tiết và yêu cầu

nhiệt độ tương lai, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển nhiệt độ và độ

ẩm

 Hệ thống có khả năng tự học và thích nghi từ dữ liệu quá khứ để điều

chỉnh hoạt động một cách thông minh theo điều kiện thực tế hiện tại

 Dự đoán và báo cáo trước về cần bảo dưỡng, sửa chữa các thành phần

của hệ thống để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và chi phí

không cần thiết

 Được tích hợp với các thiết bị IoT khác như cảm biến chuyển động,

cảm biến khí CO2 để cung cấp thông tin phong phú hơn về môi

trường kho mát

 Dữ liệu được lưu trữ trên đám mây, giúp truy cập dễ dàng từ bất kỳ

nơi đâu và cung cấp khả năng mở rộng linh hoạt theo nhu cầu

 Sử dụng công nghệ Blockchain để bảo vệ dữ liệu quan trọng và đảm

bảo tính toàn vẹn của thông tin trong quá trình truyền tải và lưu trữ

 Sử dụng điện năng tái tạo từ môi trường xung quanh để cung cấp

nguồn năng lượng cho hệ thống, giúp tiết kiệm năng lượng và tối ưu

hoá vận hành

 khả năng giám sát và điều khiển theo thời gian thực: là yếu tố

quan trọng nhất của hệ thống IoT trong quản lý kho mát, vì nó

đảm bảo sự an toàn và chất lượng của hàng hóa, đồng thời tối ưu

hóa hiệu quả và chi phí quản lý

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MẠCH

2.1 Thiết Kế

2.1.1 Sơ Đồ Khối Hệ Thống

Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống

2.1.2 Chức Năng Các Khối

 Khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho hệ thống thông qua cấp điện

cho LM2569 trước tiên

 Khối LM2569 (Giảm áp): Giảm dòng điện 12V => 5V để dòng điện

đi qua các linh kiện mà không bị quá áp

 ESP8266 (Khối vi xử lí): Đây là một đơn vị vi điều khiển

(microcontroller) với khả năng kết nối Wi-Fi Nó có thể được lập

trình để điều khiển các thành phần khác trong mạch hoặc để gửi/nhận

dữ liệu qua mạng không dây

 DHT22 (khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm): Đọc giá trị nhiệt độ, độ ẩm

để xuất ra LCD

 LCD1602(Màn hình LCD): hiển thị nhiệt DHT22 đã đọc và đưa giá

trị đấy lên Bynk Người xem trên bynk hoặc LCD để biết được mức

nhiệt độ, độ ẩm của kho

 PC817: Công dụng cách ly với dòng điện 12V mà nguồn cấp vào để

giúp cho các dòng 12V nối với quạt

 Quạt: Có nhiệm vụ làm mát kho khi đật đến nhiệt độ và độ ẩm vượt

quá mức cho phép mà ta đã đề ra trước đó

2.1.3 Nguyên Lý Hoạt Động

Cấp nguồn điện 12V vào mạch đi qua LM2569 (Mạch giảm áp)

chuyển điện áp 12V thành điện áp 5V để mạch ổn áp và các linh kiện

không bị quá tải Khi ESP8266 được cấp điện để hoạt động nó sẽ

Ng

LCD 160 2

B y n k

PC8

17

Quạt

Ngư

ời Dùn g LM2

569

nhận dữ liệu từ xa hoặc gửi dữ liệu đến một máy chủ trên Internet

DHT22 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cung cấp dữ liệu về môi

trường xung quanh cho Vi điều khiển và sẽ hiển thị trên màn hình

LCD (LCD1602/I2C_LCD) Khi nhiệt độ và độ ẩm vượt quá mức cho

phép theo dữ liệu đã nạp thì Quạt sẽ chạy để làm giảm nhiệt độ và độ

ẩm giúp cho kho mát được ổn định về nhiệt độ và độ ẩm

 LCD1602/I2C_LCD: Đây là một màn hình LCD được sử dụng để

hiển thị thông tin từ các cảm biến hoặc từ vi điều khiển Nó kết nối

với các thành phần khác thông qua giao thức I2C, cho phép truyền dữ

liệu hai chiều với ít chân kết nối

 LM2596: Đây là một mô-đun giảm áp, chuyển đổi điện áp đầu vào

cao (ví dụ: 12V) thành điện áp đầu ra thấp hơn và ổn định hơn, phù

hợp với nhu cầu của mạch

 ESP8266: Đây là một vi điều khiển có khả năng kết nối Wi-Fi,

thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT (Internet of Things) Nó

có thể nhận lệnh từ xa hoặc gửi dữ liệu đến một máy chủ trên internet

 DHT22: Đây là một cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm, cung cấp dữ liệu

về môi trường xung quanh cho vi điều khiển

 Các thành phần khác (R3, R4, Q1, C5, NN2, NN3): Bao gồm các

điện trở, transistor, tụ điện và relay, chúng đóng vai trò trong việc

điều chỉnh dòng điện, bảo vệ mạch, và chuyển mạch các tải

2.1.4 Sơ Đồ Thuật Toán

2.1.5 Sơ Đồ Nguyên Lý

Hình 2 Sơ đò nguyên lý của toàn mạch

Sơ đồ nguyên lý được vẽ trên phần mền mô phổng Proteus 8

Professional

Mạch sử dụng một cảm biến DHT22, Bộ giảm áp LM2569, một con

ESP8266, Một con LCD1602/I2C_LCD, một con PC817, một quạt, 2

điện trở 10K, 1 điện trở 1k, 1 điện trở 330Ω, 1 tụ 1000u, 2 nút nhấn

2.1.6 Sơ Đồ Mạch In

Hình 2.1: Sơ đồ mạch in của toàn hệ thống

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC HỆ THỐNG

3.1 Cấu Trúc Chung Của Hệ Thống

Hệ thống sử dụng loại ngôn ngữ C++ và được hỗ trợ từ các thư viện

như: Arduino, Blynk, DHT, LiquidCrystal_I2C, ESP8266WiFi

Ngôn ngữ này sẽ được đưa mên có tên là Arduino IDE Arduino IDE

là một phần mền với một mã nguồn mở, được sử dụng chủ yếu để viết

và biên dịch mã vào module Arduino Ở đây, code sẽ được nạp vào

Moudule ESP8266 để thực hiện các câu lệnh cho cảm biến DHT22

Module ESP8266 sẽ truyền tính hiệu: cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

(DHT22), và quạt hoạt động

Đối với cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Cảm biến sẽ đọc các thông số của

môi trường bằng cách checksum 40 bits dữ liệu bằng tính hiệu digital

– wire

Các thông tin và giá trị sẽ được hiển thị trên một trang WebServer với

một địa chỉ IP cụ thể Trang Web này hiển thị các giá trị: các thông số

về nhiệt độ và độ ẩm, trạng thái quạt

3.2 Kiến Trúc Của Hệ Thống

Hệ thống được làm dựa trên nhu cầu của thị trường Cảm biến đóng

vai trò nhận biết các vật mà mắt thường không thể nhận thấy được và

đưa ra các giá trị về thông số Nhiệt độ, độ ẩm cũng là một trong các

mối nguy hại đến quá trình bảo quản kho trong các ngành công

nghiệp, nông nghiệp và thực được thiết kế để chúng ta có thể nhận

thấy được những mối nguy hại đó, đồng thời cũng có thể theo dõi

được các thông số của môi trường hiện tại, giúp chúng ta có thể chủ

động hơn trong các công việc cần thiết