báo cáo bài tập lớn mạng và truyền thông đề tài ứng dụng iot vào hệ thống trồng hoa trong nhà kính

LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan Bài tập lớn với đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn hoa nhà kính” là kết quả c a việc nghiên cứu ủ dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Văn Hùng, giảng dạ

Giảng viên hướng dẫn : Lê Văn HùngMã l p h c ph n ớ ọ ầ : 222IS06A02 Nhóm sinh viên thực hi n Nhóm 08 ệ :

Hà N i, tháng 03/2023 ộ

THÔNG TIN CHUNG

Tên đề tài: Ứng dụng IOT vào trồng hoa trong nhà kính Danh sách thành viên và đánh giá:

3

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Hùng – Giảng viên Khoa Hệ thống thông tin qu n lý, H c vi n ngân hàng Trong quá trình h c t p và th c hiả ọ ệ ọ ậ ự ện đề tài “ Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn hoa nhà kính”, thầy đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em để hoàn thành được dự án này

Nhóm chúng em đã rất cố gắng và nỗ lực để có thể hoàn thành được dự án, tuy nhiên s còn nhi u thi u sót trong quá trình th c hi n V y nên chúng em rẽ ề ế ự ệ ậ ất mong nhận được góp ý của thầy để báo cáo của chúng em có thể hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan Bài tập lớn với đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn hoa nhà kính” là kết quả c a việc nghiên cứu ủ dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Văn Hùng, giảng dạy b môn ộ “Mạng và truyền thông”.

Đây là kết quả nghiên cứu độc lập của Nhóm 8, không hề có sự sao chép nội dung hoặc đề tài của bất kì nhóm nào khác N i dung báo cáo là sộ ản ph m chúng em ẩđã nỗ l c nghiên c u trong su t quá trình h c t p b ự ứ ố ọ ậ ộ môn “Mạng và truy n thôề ng” và tìm hiểu chắ ọc thông tin tìm kit l ếm được, có d n ngu n và chú thích rõ ràng ẫ ồ

Chúng em xin hoàn toàn ch u trách nhi m n u có b t cị ệ ế ấ ứ điều gì sai sự thật và chịu mọi hình thức kỉ luật theo quy định

1.2 Sự hình thành và phát tri n cể ủa IoT 10

1.3 Cấu trúc của một hệ thống IoT 11

1.4 Đặc điểm của IoT 12

1.5 Nguyên lý hoạt động cơ bản c a IOT 12ủ1.6 Ưu và nhược điểm của IoT 13

1.6.1 Ưu điểm: 13

1.6.2 Nhược điểm: 13

1.7 Một số ng d ng phứ ụ ổ biến của IoT 13

Chương 2 Ứng dụng c a IoT trong tr ng hoa nhà kính 16 ủ ồ2.1 Thực trạng n n tr ng hoa, cây c nh hi n nay 16ề ồ ả ệ2.2 Lợi ích sử d ng IoT vào viụ ệc trồng hoa trong nhà kính 17

2.2.1 Tác động của IoT đến ngành tr ng hoa 17ồ2.2.2 Ứng d ng cụ ủa IoT trong trồng hoa nhà kính 19

2.3 Cơ hội và thách thức khi ứng dụng IoT trong trồng hoa trong nhà kính 21

2.3.1 Cơ hội mở ra cho ngành trồng hoa trong nhà kính khi ứng dụng IoT 21

2.3.2 Thách thức 23

Chương 3 Xây d ng hự ệ thống giám sát 24

3.1 Mô hình bài toàn 24

3.2 Mô phỏng mô hình tr ng hoa trong nhà kính 25ồ3.2.1 Thiết lập ban đầu 25

3.2.2 Chi tiết các h ệ thống trong nhà lưới 26

KẾT LUẬN……… ………40

Hình 2.2 Người nông dân can thi p th công vào trệ ủ ồng cây trong nhà kính……… 18

Hình 2.3 Kết nối đồng bộ với các h ệ thống IoT khác………19

Hình 2.4 M t sộ ố đầu vào chính các quy trình liên quan và đầu ra có th có c a canh ể ủtác thông minh……… 20

Hình 2.5 C n cậ ảnh vườn hoa trong nhà kính………22

Hình 3 1 Các hệ thống trong nhà kính……….25 Hình 3.2 Server điều khiển từ xa qua điện thoại……… 26

Hình 3.3 H ệ thống c a khi không có chuyử ển động………27

Hình 3.4 Hệ thống c a khi có chuyử ển động……… 28

Hình 3.5 Hệ thống giám sát nhiệt độ ở trạng thái tắt………29

Hình 3.6 Hệ thống giám sát nhiệt độ ở trạ ng thái bật mát……… 30

Hình 3.7 Hệ thống giám sát nhiệt độ ở trạng thái bật ấm……….31

Hình 3.8 H ệ thống giám sát độ ẩm không khí ở trạng thái tắt……… 31

Hình 3.9 H ệ thống giám sát độ ẩm không khí ở trang thái bật………32

Hình 3.10 H ệ thống kiểm soát độ ẩm đất……… 32Hình 3.11 Hệ thống kiểm soát độ ẩm đ t đưấ ợc bật……… 33

Hình 3.12 Hệ thống thoát nước ở trạ ng thái đóng……… …….33

Hình 3.13 H th ng tho nệ ố át ước ở tr ng th mạ ái ở 34

Hình 3.14 H ệ thống ch a cháy t ữ ự động……… 35

Hình 3 15 Hệ thống chữa cháy t ự động được bật 36 Hình 3.16 H ệ thống l c khí 36 ọ

7

Hình 3.17 H ệ thống lọc khí được bật……….37 Hình 3.18 Hệ thống năng lượng m t trặ ời……… 38

Hình 3.19 Máy châm phân tự động……… ……….39

Bảng 3 1 Các điều kiện của hệ thống cửa……….… 27

Bảng 3.2 Các điều kiện của hệ th ng giám sát nhiệt độ………29 ốBảng 3.3 Các điều ki n c a h ệ ủ ệ thống giám sát độ ẩm………31

Bảng 3 4 Các điều ki n cệ ủa hệ thống tưới nướ ự động 32c tBảng 3.5 Các điều ki n h ệ ệ thống thoát nước t ự động………35

Bảng 3.6 Các điều ki n c a h ệ ủ ệ thống chữa cháy………37

Bảng 3.7 Các điều ki n c a h ệ ủ ệ thống dò CO2………37

Bảng 3.7 Các điều kiện của hệ thống năng lượng mặt trời………39

Bảng 3.8 Các điều kiện của hệ thống tưới phân tự động……… 39

LỜI M Ở ĐẦU

Đi cùng với s phát tri n công ngh t i thự ể ệ ạ ời điểm hi n tệ ại, đòi hỏi t t c các ngành ấ ảnghề ph i phát triả ển theo hướng công ngh thông minh, tệ ừ đó mà thuật ngữ Internet of Things ra đời Được đề xuất lần tiên vào năm 1999 bởi Kevin Ashton, IoT có khả năng tác động đến mọi thứ, từ quá trình sản xuất đến quá trình tiêu thụ, điều này góp phần thúc đẩy lợi nhuận, phát triển kinh tế Người ta tin rằng với IoT sẽ cải thiện được hiệu suất s n xuả ất, giám sát t xa và ki m soát tài s n v t chừ ể ả ậ ất và tăng năng suất thông qua các ứng dụng đa dạng, công nghệ cao

Giờ đây, IoT đã được ứng d ng r ng rãi trong nhiụ ộ ều lĩnh vưcj như : y tế chăm sóc s c kho , thi t bứ ẻ ế ị gia đình, vậ ải, Đặn t c biệt hơn hết, việc ứng d ng IoT vào sụ ản xuất nông nghi p là mệ ột bước tiến vượ ậc, đáng nói ở đây là hệ thống vườt b n hoa trong nhà kính Khi các nguồn tài nguyên đang dần c n ki t, vi c ti t kiạ ệ ệ ế ệm năng lượng càng trở nên c p thi t S d ng IoT s góp ph n tấ ế ử ụ ẽ ầ ối ưu hoá việc s d ng các ngu n tài nguyên ử ụ ồvà làm tăng hiệu quả sản xuất, giảm thi u các chi phí ể mà người nông dân phải bỏ ra.

Trồng hoa trong nhà kính không còn là m t khái ni m quá xa l vộ ệ ạ ới người nông dân, nhưng hiện nay con người vẫn phải tác động thủ công vào quá trình chăm sóc, dẫn đến việc chi phí lao động tăng, cho ra sản phẩm không đạt như mong muốn Các giải pháp IoT t p trung vào vi c giúp nông dân thu h p kho ng cách cung c u, b ng cách ậ ệ ẹ ả ầ ằđảm bảo năng suất, l i nhu n và b o v ợ ậ ả ệ môi trường Phương pháp tiếp c n s d ng công ậ ử ụnghệ IoT để đảm b o ng d ng tả ứ ụ ối ưu các nguồn lực giúp cây hoa có th phát triể ển được tốt nhất và gi m chi phí hoả ạt động

IoT ( Internet of things) là m t khái ni m mang tính tr u tộ ệ ừ ượng, là nơi mà các thiết bị được giao ti p và k t n i vế ế ố ới nhau trong môi trường internet M t hộ ệ ống các ththiết bị tính toán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số hoặc con người có liên quan v i nhau ớvà có kh ả năng truyền dữ liệu qua m ng mà không yêu c u s ạ ầ ự tương tác giữa con người với con người hay con người và máy tính IoT phát triển từ sự hội tụ của công nghệ và Internet Nói đơn giản là một tập h p các thiợ ết bị có kh năng kết n i với nhau, với ả ốInternet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó

Ví dụ: điện tho i smartphone, máy giạ ặt, điều hòa, vòng đeo tay, đồng hồ thông minh, camera giám sát hay thi t bế ị điện trong nhà…chỉ ầ c n có thi t b k t n i m ng là ế ị ế ố ạtất c chúng có th s dả ể ử ụng điều khi n t xa, theo dõi tr ng thái làm viể ừ ạ ệc cũng như hoạt động tắt/mở nguồn theo điều mình mu n mà không c n thi t ph i s d ng tr c ti p V n ố ầ ế ả ử ụ ự ế ấđề ch là đưa tấỉ t cả vào một giao thức chung và giao thức đó là IoT

Hình 1.1 Internet of things

1.2 Sự hình thành và phát tri n c a IoT ể ủ

Thực tế, ý tưởng Internet of things đã xuất hi n t nhi u th p kệ ừ ề ậ ỷ trước Ý tưởng thêm c m bi n và trí thông minh vào các vả ế ật bình thường đã được th o lu n su t nh ng ả ậ ố ữnăm 1980 và 1990 Tuy nhiên, tiến độ thực hi n d án di n ra r t ch m b i vì công ngh ệ ự ễ ấ ậ ở ệlúc đó chưa thật sự tốt và sẵn sàng do các chip quá lớn cũng như không có cách nào đểcác đối tượng có thể giao tiếp m t cách dễộ dàng và hiệu qu ả

Mãi đến năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton, ông là một nhà khoa học sáng lập ra trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiế lật p các quy chu n ẩtoàn c u cho RFID( mầ ột phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một s c m biố ả ến khác Ban đầu, IoT hữu ích đố ới kinh doanh và s n xui v ả ất Khi đó, ứng dụng IoT còn được g i là Machine to Machine(M2M) Tuy nhiên tr ng tâm c a IoT ọ ọ ủhiện là lấp đầy Internet vào tất cả các ngõ ngách b ng thiằ ết bị thông minh

Năm 2000 – 2013, IoT được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực đời sống như đồ gia dụng, thiết bị chăm sóc sức khỏe

Năm 2014, số lượng thiết b di động và máy móc k t n i vị ế ố ới internet vượt dân s ốthế gi i lúc b y gi ớ ấ ờ

Và cuối cùng đến năm 2015, các mô hình robot IoT, trang trại IoT được công bố và đưa vào ứng dụng cũng như phát triển cho đến ngày nay

Hình 1.2 Ứng dụng IoT ở nhiều lĩnh vực

27

Bao gồm:

- Webcam: camera theo dõi

- Motion Detector: máy dò chuyển động đượ ắp đặt ở ửc l c a ra vào

- RFID Reader: đầu đọc thẻ RFID

- Light: Đèn

Set Cửa Lock to UnlockSet Webcam On to trueĐóng cửa Đầu đọc RFID Status is

Invalid Set Cửa Unlock to LockSet Webcam On to trueRFID hợp lệ Đầu đọc RFID Card

ID=1001 Set Đầu đọc thẻ RFID Status to ValidRFID không hợp

chuyển động

Match any:

Máy dò chuyển động On is true

Đầu đọc RFID Status is Invalid

Bảng 3.1 Các điều kiện của hệ thống cửa

Cách hoạt động: Trong hệ thống c a, camera s luôn hoử ẽ ạt động cả khi đầu đọc RFID h p l (Card ID=1001) hay không h p l ợ ệ ợ ệ (Card ID≠1001) Khi đầu đọc RFID h p ợlệ, c a s ử ẽ được mở Ngược lại, đầu đọc RFID không h p l thì c a s ợ ệ ử ẽ đóng Nếu cửa m ởthì hệ thống đèn sẽ tự động được bật và thông báo v máy ch ề ủ

- Air Cooler: Bộ ph n làm mát phòng ậ

Set Máy điều nhiệt 1 Status to HeatingSet Máy điều nhiệt 2 Status to HeatingTắt điều nhiệt 19.0 °C < Cảm biến nhiệt độ < 28.0 °C

Set Máy điều nhiệt 1 Status to OffSet Máy điều nhiệt 2 Status to Off

Bảng 3.2 Các điều kiện của hệ thống giám sát nhiệt độ

Hệ thống hoạt động như sau:Điều kiện máy điều nhi t hoệ ạt động được cài đặt sẵn trên thi t bế ị điều khi n t xa (Nhiể ừ ệt độ thích hợp đố ới v i hoa h ng là kho ng ồ ả 21 đến 26°C) Nhiệt độ do c m bi n nhiả ế ệt độ ghi nh n s ậ ẽ được chuyển đổi thành d ng thích hạ ợp và được cung cấp làm đầu vào cho b ộ điều nhiệt B ộ điều ch nh nhi t s ki m soát nhiỉ ệ ẽ ể ệt độ trong nhà kính dựa vào nhiệt độ được cảm biến Khi nhiệt độ nóng (vượt quá 28°C), bộ điều nhiệt sẽ khởi động ch ế độ làm mát và ngược lại

Hình 3.6 Hệ thống giám sát nhiệt độ ở trạng thái bật mát

Hình 3.7 H ệ thống giám sát nhiệt độ ở trạ ng thái bật ấm

3.2.2.3 H ệ thống giám sát độ ẩm không khí

Hình 3.8 Hệ thống giám sát độ ẩm không khí ở trạng thái t t ắ

ẩm Kiểm tra độ ẩm Humidity <= 70 %

Set Máy làm ẩm 1 Status to true

Set Máy làm ẩm 2 Status to true

Tắt máy làm

ẩm Kiểm tra độ ẩm Humidity >= 85 %

Set Máy làm ẩm 1 Status to false

Set Máy làm ẩm 2 Status to false

Bảng 3.3 Các điều kiện của hệ thống kiểm soát độ ẩm

Hệ thống hoạt động như sau:Điều ki n máy t o m hoệ ạ ẩ ạt động được cài đặ ẵt s n trên thi t bế ị điều khi n tể ừ xa (Độ ẩm thích hợp đối v i hoa h ng là khoớ ồ ảng 70 đến 85°C) Độ ẩm do cảm biến nhiệt độ ghi nhận sẽ được chuyển đổi thành dạng thích hợp và được cung cấp làm đầu vào cho máy tạo ẩm Máy tạo ẩm sẽ kiểm soát độ trong nhà kính dựa vào độ ẩm được c m biả ến Khi độ ẩm không khí nhỏ hơn hoặc b ng 70% thì ằmáy s ẽ được bật và tắt khi độ ẩm l n ớ hơn hoặc bằng 85%

Hình 3.9 Hệ thống giám sát độ ẩm không khí ở trạng thái bật

3.2.2.4 H ệ thống giám sát độ ẩm đất

Hình 3.10 Hệ thống kiểm soát độ ẩm đ t ấHệ thống kiểm soát độ ẩm đất gồm:

- Water Level Monitor: C m biả ến độ ẩm của đất - Lawn Sprinkler: Máy tưới nước

Bật máy tưới

nước Kiểm tra độ ẩm Water Level <= 12

Set Máy tưới nước 1 Status to true

Set Máy tưới nước 2 Status to true

Tắt máy tưới nước

Kiểm tra độ ẩm Water Level >= 20

Set Máy tưới nước 1 Status to false

Set Máy tưới nước 2 Status to false

Bảng 3.4 Các điều kiện của hệ thống tưới nước tự động

Hoạt động của hệ thống kiểm soát độ ẩm: Điều kiện máy tưới nước hoạt động được cài đặt sẵn trên thiết bị điều khiển từ xa (Độ ẩm đất thích hợp đối với hoa hồng là khoảng 12 đến 20°C) Máy tưới nước sẽ được bật nếu độ ẩm đất nh ỏ hơn hoặc b ng 12 ằvà được tắt khi lớn hơn hoặc bằng 20 để hoa hồng có thể cân bằng lượng nước, phát triển kh e m nh ỏ ạ

nước Kiểm tra mực nước của phòng > 8

Set Ống thoát nước Status to trueSet Ống thoát nước Status to trueĐóng ống thoát

nước Kiểm tra mực nước <=2

Set Ống thoát nước1 Status to falseSet Ống thoát nước 2 Status to false

Bảng 3.5 Các điều kiện của hệ thống thoát nước tự động

Hoạt động của h ệ thống thoát nước t ng: ự độ Điều ki n ệ ống thoát nước hoạt động được cài đặt sẵn trên thiết bị điều khiển từ xa Máy thoát nước sẽ được bật nếu mực nước lớn hơn 8 và đượ ắt khi lc t ớn hơn hoặc bằng 2 để hoa không bị úng nước nước, phát tri n t ể ốt.

Hình 3.13 Hệ thống thoát nước ở trạng thái m ở

35

3.2.2.6 H ệ thống ch a cháy ữ

Hình 3.14 Hệ thống ch a cháy tữ ự động

Hệ thống ch a cháy gữ ồm:

- Siren - Còi báo động

- Smoke Detector - C m bi n khói là thi t b tả ế ế ị ự động nh n bi t có khói, giúp ta ậ ếphát hi n các s c cháy n k p th i và nhanh chóng.ệ ự ố ổ ị ờ

- Fire Monitor: Cảm biế ửan l

- Fire Sprinkler - Vòi phun nước

Bật chữa cháy

Cảm biến khói>=0.1 Cảm biến lửa = true

Set Báo động On to trueSet Vòi phun nước 1 Status to trueSet Vòi phun nước 2 Status to true

Tắt chữa cháy Cảm biến khói < 0.06 Cảm biến lửa = true

Set Báo động On to falseSet Vòi phun nước 1 Status to falseSet Vòi phun nước2 Status to false

Bảng 3.6 Các điều kiện của hệ thống chữa cháy

Cách hoạt động: Hệ thống vòi phun nước và chuông báo cháy s b t n u nẽ ậ ế ồng độ khói lớn hơn hoặc bằng 0,1 và t t khi nắ ồng độ khói nh ỏ hơn 0,06.

Hình 3.15 Hệ thống ch a cháy tữ ự động được bật

3.2.2.7 H ệ thống l c khí ọ

Hình 3.16 Hệ thống l c khí ọ

37

Hệ thống l c không khí g m: Carbon Dioxide Detector Máy dò ọ ồ – CO22 phát hiện mức CO có trong không khí (gi d22 ả ụ t Old Car xe ô tô) và Blower ừ – – Quạt thông gió thổi khí ra ngoài.

Lọc khí mức độ cao Máy dò CO2 Level > 0.5 Set Quạt Status to HighLọc khí mức độ

trung bình Máy dò CO2 Level is between 0.1 and 0.5 Set Quạt thải Status to LowTắt lọc khí Máy dò CO2 Level < 0.1 Set Quạt Status to Off

Bảng 3.7 Các điều kiện của hệ thống dò CO2

Cách hoạt động: Qu t th i khí th i s hoạ ổ ả ẽ ạt động tương ứng: không hoạt động, hoạt động với năng suất trung bình hoặc cao tùy thuộc vào nồng độ CO2 dò được với các mức Level khác nhau.

Hình 3.17 Hệ thống lọc khí được bật

3.2.2.8 H ệ thống năng lượng mặt trời

Hình 3.18 Hệ thống năng lượng m t tr i ặ ờHệ thống năng lượng mặt trời gồm:

- Solar Panel: Tấm năng lượng m t tr i tặ ờ ạo ra năng lượng ánh sáng m t tr i trong ặ ờmôi trường và gửi nguồn năng lượng được tạo ra tới một thiết bị khác, chẳng hạn như Pin.

- Power Meter: Đồng hồ điện hiển thị mức điện trên một đường dây.

- Battery: Pin

- Appliance: Thiết bị

Bật thiết bị

Set thiết bị On to false

Bảng 3.7 Các điều ki n c a hệ ủ ệ thống năng lượng mặt trời

Cách hoạt động: Thi t bế ị được s d ng v i nguử ụ ớ ồn điệ ừ năng lượn t ng m t trặ ời hay không s phẽ ụ thuộc vào năng suấ ất h p thụ năng lượng m t tr i N u th a mãn các ặ ờ ế ỏđiều ki n: tệ ấm năng lượng mặt tr i hờ ấp thu được trên 30Wh, đồng h ồ điện đo được tr ng ạthái trên 30Watts và pin được tích trữ trên 30% thì thiết bị đủ nguồn điện để hoạ ộng t đ