thiết kế và chế tạo hệ thống chăm sóc cây trồng tự động

Các sản phẩm dự kiến - Hệ thống tưới cây tự động - Điều khiển và giám sát qua nút nhấn vật lý và ứng dụng Blynk 5.. Hình 1.1: Tưới cây tự động Để xây dựng nền nông nghiệp thông minh hiệ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

SÓC CÂY TRỒNG TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn: TS Phạm Duy Dưởng Sinh viên thực hiện: Lê Danh Anh

Mã sinh viên: 2050551200105 Lớp: 20TDH01

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

SÓC CÂY TRỒNG TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn: TS Phạm Duy Dưởng Sinh viên thực hiện: Lê Danh Anh

Mã sinh viên: 2050551200105 Lớp: 20TDH01

Đà Nẵng, 06/2024

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống chăm sóc cây trồng tự dộng

Sinh viên thực hiện: Lê Danh Anh Mã SV: 2050551200105

Nhóm thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo hệ thống chăm sóc cây trồng tự

động” sử dụng 3 ESP32 truyền thông với nhau, 2 ESP32 để nhận dữ liệu từ các cảm

biến và công tắc từ 2 vườn rau sau đó điều khiển hệ thống từ xa qua 1 ESP32 còn lại và điều khiển tại chỗ, giám sát hệ thống thông qua app Blynk

Xây dựng được một hệ thống quản lý, điều khiển, giám sát các thiết bị một cách thuận tiện và dễ dàng nhất

Từ đó, hoàn thiện, tiến hành vận hành hệ thống một cách tối ưu nhất và đúng với thực tế của đề tài Cùng với đó, sẽ đánh giá tính khả thi về các giải pháp đề ra sau khi hoàn thành đồ án

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Thiết kế và chế tạo hệ thống chăm sóc cây trồng tự động

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Sử dụng ESP32 - Sử dụng app Blynk - Điều khiển từ xa và điều khiển tại chỗ - Có 2 khu vườn trồng rau, kích thước mỗi vườn 10m x 30m

3 Nội dung chính của đồ án:

Nội dung 1: Tổng quan về đề tài Nội dụng 2: Tổng quan về vi điều khiển ESP32, App Blynk Nội dung 3: Thiết kế hệ thống và chế tạo mô hình

Nội dung 4: Xây dựng chương trình điều khiển Nội dung 5: Thử nghiệm, phân tích, đánh giá và kết quả

4 Các sản phẩm dự kiến

- Hệ thống tưới cây tự động

- Điều khiển và giám sát qua nút nhấn vật lý và ứng dụng Blynk

5 Ngày giao đồ án: 19/01/2024 6 Ngày nộp đồ án: 06/2024

Đà Nẵng, ngày 13 tháng 06 năm 2024

Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn

TS Phạm Duy Dưởng

i

LỜI NÓI ĐẦU

Sau hơn 4 năm học tại trường đại học Đồ án tốt nghiệp cử nhân là môn học cuối cùng đánh dấu sự kết thúc quá trình rèn luyện và học tập các kiến thức cơ bản, đồng thời đã mở ra những con đường thực tế đi vào cuộc sống của em trong tương lai Quá trình làm đồ án giúp em tổng hợp, thu thập lại các kiến thức đã được học trong suốt những năm tháng qua, qua đó rèn luyện được những khả năng tính toán và giải quyết các vấn đề trong thực tế

Trong quá trình làm đồ án này em gặp không ít những trở ngại và khó khăn do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế Dù bận rộn rất nhiều công việc nhưng các Thầy Cô vẫn giành nhiều tâm huyết và thời gian để hướng dẫn em Thầy Cô luôn quan tâm, hướng dẫn và sửa chữa những vấn đề quan trọng giúp em định hướng và làm việc theo quan điểm đúng đắn, chính sự nhiệt huyết và tận tâm của Thầy đã giúp em có được tinh thần, một niềm tin và khối kiến thức phong phú để đến ngày hôm nay đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thành

Với tất cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu cùng toàn thể quý Thầy Cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại Học Đà Nẵng, các Thầy Cô khoa Điện- Điện Tử, bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa đã chân tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường, đặc biệt là Thầy Phạm Duy Dưởng – Giảng viên hướng dẫn đồ án này

Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, người thân luôn bên cạnh ủng hộ và động viên Cảm ơn tất cả bạn bè đã gắn bó và cùng học tập, giúp đỡ mình trong suốt thời gian qua, cũng như trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Đà Nẵng, ngày 13 tháng 6 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Lê Danh Anh

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đề tài Thiết kế và chế tạo hệ thống chăm sóc cây trồng

gắng cũng như sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ không nhỏ và hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Duy Dưởng

Các số liệu và kết quả nguyên cứu được đưa ra trong đồ án là trung thực Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu rõ tại phần tài liệu tham khảo

Nếu như sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu tất cả các kỹ luật của bộ môn cũng như nhà trường đề ra

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

Lê Danh Anh

iii

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 4

1.1.2 Vấn đề và lợi ích của đề tài 2

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 2

1.2.1 Tổng quan về các phương pháp 2

1.2.2 Tiêu chí của đề tài 6

1.2.3 Lựa chọn giải pháp cho đề tài 6

1.2.4 Tổng quan về hệ thống đề xuất 6

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 7

1.4 Đối tượng nghiên cứu 7

1.5 Phương pháp nghiên cứu 8

1.6 Hướng tiếp cận 8

1.7 Giới hạn của đề tài 8

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ BLYNK 9

2.1 Tổng quan về vi điều khiển ESP32 [1] 9

2.1.1 Sơ lược về ESP32 9

2.1.2 Sơ đồ chân của ESP32 10

2.1.3 Đánh giá về ESP32 12

2.2 Tổng quan phần mềm Blynk IoT 2.0 [2] 13

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Blynk IoT 2.0 13

2.2.2 Cách sử dụng phần mềm Blynk IoT 2.0 14

2.2.3 Cài đặt thư viện Blynk cho phần mềm Arduino IDE 16

2.3 Tổng quan về truyền thông thông qua RS485 [3] 17

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 20

3.1 Thiết kế hệ thống 20

3.1.1 Tính toán, lựa chọn mạch điều khiển 20

3.1.1.1 Lựa chọn board vi xử lý Arduino 20

3.1.1.2 Tính chọn module chuyển đổi TTL sang RS485 21

3.1.1.3 Tính chọn bộ chuyển đổi nguồn 5 V 23

3.1.2 Tính toán lựa chọn cảm biến 24

3.1.2.1 Cảm biến độ ẩm đất 24

3.1.2.2 Cảm biến mưa 25

3.1.2.3 Cảm biến DHT11 25

3.1.3 Tính toán lựa chọn động cơ 26

3.1.3.1 Quạt thông gió làm mát 26

3.1.3.2 Động cơ mái che 27

3.1.3.3 Máy bơm nước 28

3.1.4 Tính toán lựa chọn rơle điều khiển động cơ 30

3.1.5 Sơ đồ điều khiển động cơ dùng rơle 31

3.3.1 Các thiết bị sử dụng trong mô hình 34

3.3.1.1 ESP32 WROOM 32E [1] 34

v

3.3.1.10 Động cơ DC cuốn mái che 40

3.3.2 Thiết kế phần cứng 41

3.3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 41

3.3.2.2 Sơ đồ khối điều khiển trung tâm 42

3.3.2.3 Sơ đồ các thiết bị trong vườn rau 42

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 44

4.1 Sơ đồ đấu nối dây 44

4.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển ESP32_Master 44

4.1.2 Sơ đồ mạch điều khiển ESP32_Slave1 45

4.1.3 Sơ đồ mạch điều khiển ESP32_Slave2 47

4.2 Bảng phân công vào ra 49

4.3 Lưu đồ thuật toán 50

4.3.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 50

4.3.2 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển bằng Smartphone 51

4.3.3 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển trực tiếp 52

4.3.4 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển chế độ Auto 53

4.4 Chương trình điều khiển 54

CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 555.1 Thử nghiệm hệ thống 55

5.1.1 Đối tượng thử nghiệm: 55

5.1.2 Điều kiện thử nghiệm: 55

5.2.1 Tốc độ kết nối wifi của các bộ điều khiển 58

5.2.2 Tốc độ phản hồi lệnh điều khiển của hệ thống 58

5.3 Kết quả 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 1

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Tưới cây tự động 3

Hình 1.2: Hệ thống tưới phun sương 5

Hình 1.3: Hệ thống tưới phun mưa 6

Hình 1.4: Tổng quan về hệ thống 7

Hình 2.1: Sơ đồ chân Module ESP32 10

Hình 2.2: Vi điều khiển ESP32 13

Hình 2.3: Logo phần mềm Blynk 13

Hình 2.4: Giao diện đăng nhập Blynk 14

Hình 2.5:Chọn server 15

Hình 2.6: Tạo Project mới 15

Hình 2.7: Gửi Auth Token về Gmail 16

Hình 2.8: Chọn Widget Box 16

Hình 2.9: Chọn pin cho khối Widget Box 16

Hình 2.10: Cài đặt thư viện Blynk cho phần mềm Arduino IDE 17

Hình 2.11: Sơ đồ cấu hình 2 dây RS485 18

Hình 2.12: Sơ đồ cấu hình 4 dây RS485 18

Hình 3.1: Arduino ESP32-WROOM-32E 20

Hình 3.2: Module chuyển đổi TTL sang RS-485 MAX485 RS485 22

Hình 3.3: Bộ chuyển đổi nguồn 220 VAC-5 VDC 2A 23

Hình 3.4: Cảm biến độ ẩm đất 24

Hình 3.5: Cảm biến mưa 25

Hình 3.6: Module DHT11 26

Hình 3.7: Quạt thông gió làm mát 27

Hình 3.8: Động cơ mái che 28

Hình 3.9: Máy bơm nước 29

Hình 3.10: Sơ đồ phân bố các béc tưới cây và luống rau 30

Hình 3.11: Module Relay 5V 30

Hình 3.12: Sơ đồ điều khiển động cơ dùng rơle 31

Hình 3.13: Vi điều khiển ESP32 34

Hình 3.14: Cảm biến độ ẩm đất 36

Hình 3.15: Cảm biến mưa 37

Hình 3.16: Module DHT11 37

Hình 3.22: Máy bơm mini 40

Hình 3.23: Động cơ DC cuốn mái che 41

Hình 3.24: Sơ đồ khối mô hình hệ thống 42

Hình 3.25: Sơ đồ khối điều khiển trung tâm 42

Hình 3.26: Sơ đồ các thiết thị trong vườn rau 43

Hình 4.1: Sơ đồ đấu nối ESP32_MASTER 44

Hình 4.2: Sơ đồ đấu nối ESP32_SLAVE1 45

Hình 4.3: Sơ đồ đấu nối ESP32_SLAVE2 47

Hình 4.4:Lưu đồ thuật toán chương trình chính mô hình hệ thống 51

Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển bằng Smartphone 52

Hình 4.6: Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển trực tiếp 53

Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển chế độ Auto 54

MỤC LỤC BẢNG THÔNG SỐ

Bảng 2.1: Chân SPI của ESP32 12

Bảng 3.1:Bảng liệt kê điện áp và dòng điện của các linh kiện trong mạch 23 Bảng 4.1: Chân kết nối của Module RS485 44

Bảng 4.2: Chân kết nối của DHT11 46

Bảng 4.3: Chân kết nối của Module RS485 46

Bảng 4.4: Chân kết nối của Màn hình LCD 46

Bảng 4.5: Chân kết nối của Cảm biến độ ẩm đất 46

Bảng 4.6: Chân kết nối của Cảm biến mưa 46

Bảng 4.7: Chân kết nối của DHT11 47

Bảng 4.8: Chân kết nối của Module RS485 48

Bảng 4.9: Chân kết nối của Màn hình LCD 48

Bảng 4.10: Chân kết nối của Cảm biến độ ẩm đất 48

Bảng 4.11: Chân kết nối của Cảm biến mưa 48

Bảng 4.12: Bảng phân công đầu vào đầu ra ESP32 Slave 1 49

Bảng 4.13: Bảng phân công đầu vào đầu ra ESP32 Slave 2 49

ix

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt IOT Internet Of Things Mạng lưới kết nối vạn vật internet TXD Transmitted Data Truyền dữ liệu

RXD Received Data Nhận dữ liệu CPU Central Process Unit Khối xử lý trung tâm WIFI Wireless Fidelity Sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu RAM Random Access Memory Bộ Nhớ truy nhập ngẫu nhiên ROM Read Only Memory Bộ Nhớ chỉ đọc

GPI General Purpose Input Output Cổng vào ra với mục đích cơ bản RST Reset Làm lại

VCC Voltage Constant Current Điện áp có dòng không đổi

MỞ ĐẦU

Ngành Tự động hoá là một lĩnh vực quan trọng trong khoa học kỹ thuật và công nghệ Nó liên quan đến việc sử dụng các hệ thống tự động để kiểm soát, quản lý và tối ưu hóa các quy trình và hoạt động trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ngành Tự động hoá đang ngày càng phát triển và có ảnh hưởng sâu rộng đến nhiều lĩnh vực, trong đó có nông nghiệp

Tự động hoá giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và làm việc hiệu quả hơn, từ đó tăng năng suất và giảm thời gian hoàn thành công việc Hệ thống tự động ít phụ thuộc vào con người, giảm nguy cơ sai sót và tăng tính chính xác Tự động hoá giúp sử dụng tài nguyên (như năng lượng, nguyên liệu) một cách hiệu quả hơn

Hệ thống tự động giúp tối ưu hóa việc chăm sóc cây trồng, từ việc tưới nước, phun thuốc trừ sâu đến thu hoạch Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và công sức lao động, mà còn tăng hiệu suất sản xuất Tự động hoá giảm sự phụ thuộc vào lao động con người, giúp tiết kiệm thời gian và công sức Nhân lực có thể tập trung vào các công việc khác quan trọng hơn Hệ thống tự động có thể theo dõi và điều chỉnh các thông số như độ ẩm đất, nhiệt độ, ánh sáng một cách chính xác, giúp cây trồng phát triển tốt hơn Điều này đồng nghĩa với việc tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

Ngành Tự động hoá đang phát triển mạnh mẽ và có vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta Hy vọng đồ án của em sẽ đưa ra những giải pháp sáng tạo và ứng dụng thực tế trong lĩnh vực này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết

1.1.1 Lý do lựa chọn đề tài

Hiện nay nông nghiệp ở Việt Nam được đánh giá là một trong những ngành kinh tế quan trọng Mặc dù đất nước đang thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Thế nhưng ngành nông nghiệp với những thay đổi phù hợp đã và đang khẳng định đúng vị thế của mình trong nền kinh tế nước nhà Và ngành nông nghiệp Việt Nam hiện nay đã và đang phát triển theo hướng nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Được sự phê duyệt của Thủ tướng chính phủ về Chương trình phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao nhằm góp phần thúc đẩy phát triển, xây dựng nông nghiệp theo hướng hiện đại, tạo năng suất cao, nâng cao chất lượng và hiệu quả cạnh tranh

Theo đó, các vùng nông nghiệp công nghệ cao đã thực hiện quy hoạch, sản xuất tập trung, ứng dụng công nghệ cao để sản xuất một số sản phẩm có lợi thế của vùng bảo đảm đạt năng suất cao và thân thiện với môi trường

Khi tiến hành ứng dụng công nghệ vào nông nghiệp đặc biệt là các công nghệ sinh học đã có vai trò quan trọng trong việc chọn tạo các giống cây trồng, vật nuôi có chất lượng tốt, có sức chống chịu cao Nhiều chế phẩm sinh học đã được nghiên cứu tạo ra và ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, vật nuôi, hạn chế dịch bệnh và thay thế dần thuốc hóa học

Thực trạng nông nghiệp Việt Nam khi ứng dụng các công nghệ vào sản xuất giúp người sản xuất chủ động trong kế hoạch sản xuất, khắc phục được rủi ro do thời tiết, sâu bệnh phá hoại, đáp ứng tốt cho nhu cầu của thị trường nông nghiệp trong nước và cả nước ngoài Chính vì vậy, nhóm em đã quyết định lựa chọn đề tài: “Hệ thống chăm sóc cây trồng tự động”

1.1.2 Vấn đề và lợi ích của đề tài

Hệ thống chăm sóc cây trồng tự động nhằm giải quyết vấn đề trong khâu tưới nước tự động, điều chỉnh nhiệt độ phù hợp cây trồng Giúp cho năng suất sản xuất được cao hơn, rút ngắn về thời gian và nhân lực Ngoài ra, để thuận tiện trong việc giám sát 2 vườn rau cách xa nhau

Ví dụ: Hệ thống tưới phun sương với thiết bị đầu tưới tạo nên một chùm tia hạt sương nhỏ và mịn dễ lan rộng tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng phát triển nhanh chóng

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

Hình 1.1: Tưới cây tự động Để xây dựng nền nông nghiệp thông minh hiện đại, cạnh tranh quốc tế và thích ứng với biến đổi khí hậu, nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững thì vấn đề hàng đầu hiện nay là phải tập trung tái cơ cấu ngành nông nghiệp gắn với lợi thế từng vùng, từng địa phương tạo ra khối lượng sản phẩm lớn hay nhỏ đều dựa vào năng suất; gắn với thị trường tiêu thụ trong nước và quốc tế, lấy thị trường quốc tế là mục tiêu để cạnh tranh, phát triển Cụ thể, thực hiện mạnh mẽ hơn nữa cơ cấu lại gắn với đổi mới mô hình tăng trưởng và xây dựng nông thôn mới để phát triển nông nghiệp, kinh tế nông thôn và nâng cao đời sống vật chất, tinh thần của nông dân trên cơ sở khai thác hiệu quả lợi thế của từng vùng, miền, địa phương và từng lĩnh vực để giải phóng và sử dụng có hiệu quả các nguồn lực xã hội

Đồng thời phải khai thác tốt các điều kiện thuận lợi trong hội nhập quốc tế cho phát triển lực lượng sản xuất; phát huy cao nội lực; tăng mạnh đầu tư của Nhà nước và xã hội, ứng dụng nhanh các thành tựu khoa học, công nghệ tiên tiến cho nông nghiệp, nông thôn, phát triển nguồn nhân lực, nâng cao dân trí nông dân Đẩy mạnh thu hút doanh nghiệp đầu tư vào nông nghiệp, nông thôn; khuyến khích phát triển doanh nghiệp công nghiệp ở khu vực nông thôn nhằm tạo nhiều việc làm mới góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế, cơ cấu lao động ở nông thôn, góp phần giảm lao động trong khu vực nông nghiệp để thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành nông nghiệp, nâng cao đời sống người dân

Tăng cường hợp tác, liên kết chuỗi giá trị trong sản xuất và tiêu thụ sản phẩm nông nghiệp, hình thành các mô hình liên kết chặt chẽ, bình đẳng tin cậy giữa nông dân và doanh nghiệp Đẩy mạnh hỗ trợ khởi nghiệp sáng tạo trong lĩnh vực nông nghiệp, tập trung vào các mô hình kinh doanh mới, góp phần định hướng sản xuất và xây dựng thương hiệu sản phẩm Cùng với đó phải có giải pháp căn cơ để đẩy mạnh tiêu thụ nông sản, bảo đảm kết nối giữa sản xuất và tiêu thụ; cần nghiên cứu các mô hình kinh tế chia sẻ, có giải pháp công nghệ mới nâng cao khả năng kết nối sản xuất - thị trường, tăng cường năng lực dự báo cung - cầu nông sản; cải thiện khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm, ngăn chặn thực phẩm bẩn, kém chất lượng

Thực tế sản xuất ở Việt Nam tùy thuộc vào vùng sinh thái; loại cây trồng, vật nuôi; quy mô sản xuất, do đó chủ trang trại không nhất thiết phải ứng dụng tất cả các thành

phần công nghệ nêu trên mà có thể sử dụng bốn đến năm thành phần công nghệ phù hợp với mục tiêu, yêu cầu sản xuất của trang trại; phải hướng đến mục tiêu hiệu quả kinh doanh là chính, song việc ứng dụng IoT là công nghệ cốt lõi cần và đủ phải sử dụng ở tất cả các trang trạng nông nghiệp thông minh 4.0 Trong 5 năm trở lại đây; xuất hiện cả các mô hình nghiên cứu và sản xuất kinh doanh ở các viện nghiên cứu, trường đại học, các doanh nghiệp và trang trại ở nhiều vùng sinh thái và trên nhiều loại cây trồng, vật nuôi như: Học viện Nông nghiệp Hà Nội, Trường đại học Nguyễn Tất Thành, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, Khu NNUDCNC thành phố Hồ Chí Minh, Tập đoàn TH True Milk, Trung tâm Giống vật nuôi thành phố Hồ Chí Minh, các dự án rau sạch của Tập đoàn Vingroup triển khai tại Hải Phòng, Quảng Ninh và Lâm Đồng, Tập đoàn Thành Thành Công, Công ty Dalat Hasfarm, Trung tâm nghiên cứu và thực nghiệp nông nghiệp Đà Lạt thuộc Tập đoàn Lộc Trời, Trường CĐ nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc, Công ty cổ phần nông nghiệp U&I, Công ty cổ phần thủy sản Việt Úc, Công ty cổ phần Ba Huân…

Hệ thống tưới tự động được tự động hóa với bộ hẹn giờ, cảm biến hoặc thiết bị cơ khí giúp chủ khu vườn có thể hẹn lịch tưới dễ dàng Ngoài việc tiết kiệm thời gian, hệ thống tưới còn giúp tiết kiệm nước tốt hơn so với các phương pháp tưới thông thường Với các hệ thống kiểm soát thông minh hẹn giờ tắt/bật và cài đặt lưu lượng nước tùy chỉnh theo nhu cầu, hệ thống tưới cây tự động không chỉ giúp tiết kiệm về thời gian, công sức mà còn tiết kiệm lượng nước dùng để tưới tiêu một cách hợp lý, hiệu quả

Tưới tự động là hình thức tưới cung cấp nước một cách tự động hóa cho cây trồng Một số hình thức của nó như tưới nhỏ giọt, tưới phun sương, tưới phun mưa, .Hệ thống tưới được tự động bằng một hệ thống điều khiển bằng cách mạch điện tử với các thiết bị cảm biến nhiệt, cảm biến độ ẩm của đất để có thể lên lịch tưới một cách tự động hoặc do người dùng lên lịch tưới

So với việc tưới nước thủ công, hệ thống tưới tự động đã được tiết kiệm công sức, thời gian, lượng nước, rất nhiều chi phí khác, giúp nâng cao năng suất cây trồng gấp nhiều lần Việc lắp đặt hệ thống tự động cũng khá đơn giản và tiện lợi, hoàn toàn phù hợp với nhiều điều kiện địa hình khác nhau

Dưới đây là hệ thống tưới tự động phổ biến nhất: a, Sử dụng hệ thống tưới phun sương

Hệ thống tưới phun sương với thiết bị đầu tưới tạo nên một chùm tia hạt sương nhỏ và mịn dễ lan rộng tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng phát triển nhanh chóng., phù hợp với các loài hoa mỏng như hoa lan và tạo ra môi trường phù hợp cho các giống cây, rau trồng có điều kiện phát triển phù hợp

- Ưu điểm: + Nước phun đều, mịn + Phù hợp cho các giống hoa, rau trồng + Tốn ít lượng nước cần thiết

- Nhược điểm: + Khó thẩm thấu được vào sâu trong đất + Nước dễ bị bốc hơi

Hình 1.2: Hệ thống tưới phun sương b, Sử dụng Hệ thống tưới phun mưa

Hệ thống này khá giống với phun sương đó là nước được tưới đều cho những vị trí mà bạn muốn tưới Hệ thống tưới phun mưa phù hợp cho việc tưới khuôn viên cây xanh, bồn hoa và khuôn viên vườn của gia đình hoặc sử dụng trong các hệ thống tưới cây tự động trong nông nghiệp: Tưới phun mưa tại gốc cho các dòng cây ăn quả hay tưới mặt lá cho rau ăn lá hay cây công nghiệp như chè, cafe Thích hợp cho tưới bồn hoa, tưới rau, cây cảnh, …

Có thể dễ dàng điều chỉnh lượng nước tưới ra cho từng gốc cây như mong muốn Tiết kiệm tới 40–50% lượng nước tưới so với các phương pháp tưới truyền thống Tạo điều kiện tối ưu cho cây trồng phát triển: Tưới phun mưa giúp cho cây trồng luôn được sống ở trong điều kiện tốt nhất Những hạt phun mưa nhỏ, khi tiếp xúc với bề mặt đất không gây ra hiện tượng xói mòn đất, không gây ra hiện tượng đóng váng đất, đảm bảo thấm đều và giúp rễ cây hấp thu tối đa các chất dinh dưỡng

- Ưu điểm: + Lượng nước được phân bố đồng đều trong bán kính + Hệ thống phun mưa giúp thẩm thấu tốt hơn vào đất, giữ cho đất luôn đảm bảo

độ ẩm + Làm mát không khí tại sân vườn, giúp giảm bụi + Có độ bền cao

- Nhược điểm: + Nước dễ bị văng ra lối đi + Cần lưu lượng nước lớn

Hình 1.3: Hệ thống tưới phun mưa

1.2.2 Tiêu chí của đề tài

Trong phạm vi đề tài mà nhóm em đang thực hiện thì em hướng đến những tiêu

chí là:

- Hệ thống tính toán có độ chuẩn xác cao, hệ thống làm việc ổn định - Hệ thống chăm sóc cây trồng phải đạt chất lượng và hiệu quả - Tính năng và mức độ tự động của hệ thống cao, đáp ứng được các công nghệ

hiện đại - Chu trình khép kín diện tích nhỏ gọn, giá thành hợp lý

1.2.3 Lựa chọn giải pháp cho đề tài

Từ ưu điểm, nhược điểm của từng phương pháp và tiêu chí của đề tài thì em nhận thấy phương pháp tưới phun sương phun ra tia nước thành màn sương mỏng và mịn, tạo môi trường thuận tiện giúp cây phát triển nhanh, tưới làm mát không gian sân vườn và hợp với 4 tiêu chí em đề ra Còn phương pháp tưới phun mưa hợp với 3 tiêu chí, tiêu chí đạt chất lượng và hiệu quả thì không đáp ứng vì phun mưa có giọt nước to sẽ làm hư rau, không phù hợp với những loại rau nhỏ và yếu Vì vậy nhóm em đã lựa chọn sử dụng hệ thống tưới phun sương tưới nước tự động cho cây trồng

1.2.4 Tổng quan về hệ thống đề xuất

Tổng quan về mô hình hệ thống tưới phun sương tưới nước tự động cho cây trồng bao gồm thiết bị chính sau:

- Cảm biến độ ẩm đất - Cảm biến mưa - Module cảm biến độ ẩm,nhiệt độ DHT11 - Máy bơm mini

- Quạt làm mát - Béc tưới phun sương - Mô tơ quay mái che - Module Rơle

- ESP32

- RS485 - LCD

Hình 1.4: Tổng quan về hệ thống

Nguyên lý hoạt động: Tổng có 2 vườn rau, mỗi vườn rau có 1 ESP32 nhận thông

tin đo được từ cảm biến và truyền tín hiệu điều khiển bơm và quạt, đồng thời truyền tín hiệu lên ESP32 Master bằng truyền thông RS485 Khi đó, ESP32 master sẽ đọc dữ liệu thông số từ 2 vườn rau gửi tín hiệu lên điện thoại Chúng ta có thể kiếm tra thông số vườn rau thông qua app Blynk trên điện thoại thông qua kết nối wifi

Tính mới: Hệ thống vườn rau của em sử dụng 2 công nghệ chính đó là truyền

thông RS485 và kết nối wifi Công nghệ truyền thông RS485 giúp truyền dữ liệu tốt và khả năng chống nhiễu cao và có khả năng kết nối được nhiều thiết bị Còn công nghệ kết nối wifi sử dụng sóng vô tuyến để truyền dữ liệu và sử dụng được app Blynk trên điện thoại

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu thông qua đề tài là tìm hiểu về hệ thống tưới cây tự động nên nhiệm vụ nghiên cứu gồm:

- Tìm hiểu cơ chế hoạt động - Phân tích sơ đồ nguyên lý - Nâng cao kỹ năng lập trình vi điều khiển - Phát triển khả năng tư duy bản thân

Hệ thống chăm sóc cây trồng tự động là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong nông nghiệp và ứng dụng công nghệ Dưới đây là một số đối tượng nghiên cứu của hệ thống này:

- Cây trồng: Hệ thống chăm sóc cây trồng tự động tập trung vào việc giám sát và quản lý sự phát triển của các loại rau ăn hằng ngày Điều này bao gồm việc theo dõi nhiệt độ, độ ẩm đất, và các thông số khác để đảm bảo vườn rau được nuôi dưỡng tốt nhất

- Các cảm biến và thiết bị đo lường: Hệ thống sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh cây trồng Các cảm biến này có thể đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ pH đất, và nhiều thông số khác

- Phần mềm và ứng dụng di động: Hệ thống chăm sóc cây trồng tự động thường có phần mềm quản lý và ứng dụng di động Phần mềm giúp người dùng giám

sát và điều khiển hệ thống từ xa thông qua mạng Internet Người dùng có thể thiết lập ngưỡng thông số môi trường và theo dõi sự phát triển của cây trồng - Hệ thống tự động hóa: Hệ thống này sử dụng các thiết bị tự động hóa để thực

hiện các hành động chăm sóc cây trồng Ví dụ, điều chỉnh nước tưới, ánh và nhiệt độ môi trường để tối ưu hóa sự phát triển của cây

Đối tượng nghiên cứu của hệ thống chăm sóc cây trồng tự động bao gồm cả cây trồng, các thiết bị đo lường, phần mềm, và hệ thống tự động hóa Mục tiêu là tối ưu hóa năng suất cây trồng và đảm bảo nhu cầu thực phẩm sạch trong nông nghiệp hiện đại

- Khảo sát thực tế - Nghiên cứu lý thuyết - Thiết lập phương án thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ, lưu đồ thuật toán - Viết chương trình điều khiển, thiết kế mô hình mô phỏng, kiểm thử

- Sửa lỗi và hoàn thiện hệ thống

Hệ thống chăm sóc cây trồng tự động có nhiều hướng tiếp cận để tối ưu hóa việc

quản lý và chăm sóc cây Dưới đây là một số hướng tiếp cận phổ biến: - Hệ thống tưới cây tự động thông minh: Sử dụng cảm biến để đo lường độ ẩm

đất, nhiệt độ, ánh sáng, và các thông số khác Tự động điều chỉnh lượng nước tưới dựa trên yếu tố môi trường và yêu cầu của cây trồng Tiết kiệm nước và giảm công sức chăm sóc

- Ứng dụng Internet of Things (IoT): Kết hợp cảm biến và thiết bị đo lường với mạng Internet để thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa Theo dõi thông số môi trường và tình trạng cây trồng qua ứng dụng di động

Những hướng tiếp cận này giúp tối ưu hóa năng suất cây trồng và đảm bảo sự phát triển khỏe mạnh của chúng

- Chỉ là mô hình nên chưa thể mang vào thực tế - Cảm biến có thể bị ảnh hưởng do điều kiện của môi trường - Chưa có giám sát mô hình trên máy tính

- Độ ổn định của hệ thống chưa được tối ưu

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ BLYNK

2.1.1 Sơ lược về ESP32

ESP32 là một Vi điều khiển hệ thống trên một chip (SoC) có chi phí thấp và tiết kiệm năng lượng từ Espressif Systems Đây là phiên bản kế thừa của ESP8266 SoC và có cả phiên bản đơn nhân và đa nhân của Vi xử lý 32-bit Xtensa LX6 tích hợp Wi-Fi và Bluetooth Bo mạch ESP32 tương tự với bo mạch Arduino nhưng có nhiều tính năng tiên tiến hơn Nó hỗ trợ nhiều loại thiết bị ngoại vi như cảm ứng điện dung, ADC, DAC, I2C, SPI, UART, I2S, PWM và nhiều hơn nữa

- Cấu hình ESP32 + CPU

+ CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor + Chạy hệ 32 bit

+ Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz + Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40mhz > 80mhz (tùy chỉnh khi lập trình) + RAM: 520 KByte SRAM

+ 520 KB SRAM liền chip –(trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở chế độ DeepSleep)

- Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây + Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i + Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE - Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp

+ 8-bit DACs( digital to analog) 2 cổng + Analog(ADC) 12-bit 16 cổng

+ I2C – 2 cổng + UART – 3 cổng + SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH ) + I²S – 2 cổng

+ SD card /SDIO/MMC host + Slave (SDIO/SPI)

+ Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support + CAN bus 2.0

+ IR (TX/RX) + Băm xung PWM (tất cả các chân ) + Ultra low power analog pre-amplifier’ - Cảm biến tích hợp trên chip ESP32

+ 1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường) + 1 cảm biến đo nhiệt độ

+ Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau - Bảo mật

+ IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI

+ Secure boot + Flash encryption

+ 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers + Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve

cryptography (ECC), random number generator (RNG) - Nguồn điện hoạt động

+ Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C + Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V + Số cổng GPIOs : 34

2.1.2 Sơ đồ chân của ESP32

Chip ESP32 bao gồm 48 chân với nhiều chức năng khác nhau Không phải tất cả các chân đều lộ ra trên các module ESP32 và một số chân không thể được sử dụng Mặc dù bạn có thể định nghĩa các thuộc tính chân trên phần mềm, nhưng có các chân được gán theo mặc định như trong hình sau (đây là ví dụ cho module ESP32 DEVKIT V1 DOIT có 36 chân – vị trí chân có thể thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất)

Sơ đồ chân module ESP32 được thể hiện như Hình 2.1:

Hình 2.1: Sơ đồ chân Module ESP32 - Chân Input Only: GPIO từ 34 đến 39 là các chân chỉ đầu vào Các chân này

không có điện trở kéo lên hoặc kéo xuống bên trong Chúng không thể được sử dụng làm đầu ra, vì vậy chỉ sử dụng các chân này làm đầu vào:

+ GPIO34 + GPIO35 + GPIO36 + GPIO39 - Chân tích hợp Flash trên ESP32: GPIO 6 đến GPIO 11 dùng để kết nối Flash

SPI trên chip ESP-WROOM-32, không khuyến khích sử dụng cho các mục đích sử dụng khác

+ GPIO6 (SCK/CLK) + GPIO7 (SDO/SD0) + GPIO8 (SDI/SD1) + GPIO9 (SHD/SD2)

+ GPIO10 (SWP/SD3) + GPIO11 (CSC/CMD) - Chân cảm biến điện dung: ESP32 có 10 cảm biến điện dung bên trong Các cảm

biến này có thể phát hiện được sự thay đổi về điện áp cảm ứng trên các chân GPIO Các chân cảm ứng điện dung cũng có thể được sử dụng để đánh thức ESP32 khỏi chế độ ngủ sâu (deep sleep) Các chân ESP32 này có chức năng như 1 nút nhấn cảm ứng, có thể phát hiện sự thay đổi về điện áp cảm ứng trên chân

- Các cảm biến cảm ứng bên trong đó được kết nối với các GPIO sau: + TOUCH0 (GPIO4)

+ TOUCH1 (GPIO0) + TOUCH2 (GPIO2) + TOUCH3 (GPIO15) + TOUCH4 (GPIO13) + TOUCH5 (GPIO12) + TOUCH6 (GPIO14) + TOUCH7 (GPIO27) + TOUCH8 (GPIO33) + TOUCH9 (GPIO32) - Bộ chuyển đổi tương tự số sang ADC (Analog to Digital Converter): ESP32 có

18 kênh đầu vào ADC 12 bit (trong khi ESP8266 chỉ có 1 kênh ADC 10 bit) Các kênh đầu vào ADC có độ phân giải 12 bit Điều này có nghĩa là bạn có thể nhận được các giá trị tương tự từ 0 đến 4095, trong đó 0 tương ứng với 0 V và 4095 đến 3,3 V Bạn cũng có thể thiết lập độ phân giải cho các kênh thông qua chương trình (code) Đây là các GPIO có thể được sử dụng làm ADC và các kênh tương ứng:

+ ADC1_CH0 (GPIO36) + ADC1_CH1 (GPIO37) + ADC1_CH2 (GPIO38) + ADC1_CH3 (GPIO39) + ADC1_CH4 (GPIO32) + ADC1_CH5 (GPIO33) + ADC1_CH6 (GPIO34) + ADC1_CH7 (GPIO35) + ADC2_CH0 (GPIO4) + ADC2_CH1 (GPIO0) + ADC2_CH2 (GPIO2) + ADC2_CH3 (GPIO15) + ADC2_CH4 (GPIO13) + ADC2_CH5 (GPIO12) + ADC2_CH6 (GPIO14) + ADC2_CH7 (GPIO27) + ADC2_CH8 (GPIO25) + ADC2_CH9 (GPIO26) - Bộ chuyển đổi số sang tương tự DAC (Digital to Analog Converter): Có 2 kênh

DAC 8 bit trên ESP32 để chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự Các kênh này

chỉ có độ phân giải 8 bit, nghĩa là có giá trị từ 0 ÷ 255 tương ứng với 0 ÷ 3.3 V Đây là các kênh DAC:

+ DAC1 (GPIO25) + DAC2 (GPIO26) - Các chân thời gian thực RTC: Các chân này có tác dụng đánh thức ESP32 khi

trong chế độ ngủ sâu (Low Power Mode) Sử dụng như 1 chân ngắt ngoài - Các chân RTC:

+ RTC_GPIO0 (GPIO36) + RTC_GPIO3 (GPIO39) + RTC_GPIO4 (GPIO34) + RTC_GPIO5 (GPIO35) + RTC_GPIO6 (GPIO25) + RTC_GPIO7 (GPIO26) + RTC_GPIO8 (GPIO33) + RTC_GPIO9 (GPIO32) + RTC_GPIO10 (GPIO4) + RTC_GPIO11 (GPIO0) + RTC_GPIO12 (GPIO2) + RTC_GPIO13 (GPIO15) + RTC_GPIO14 (GPIO13) + RTC_GPIO15 (GPIO12) + RTC_GPIO16 (GPIO14) + RTC_GPIO17 (GPIO27) - Chân PWM: ESP32 LED PWM có 16 kênh độc lập có thể được cấu hình để tạo

tín hiệu PWM với các thuộc tính khác nhau Tất cả các chân có thể hoạt động như đầu ra đều có thể được sử dụng làm chân PWM (GPIO từ 34 đến 39 không thể tạo PWM) Để xuất PWM, bạn cần định nghĩa các thông số này trong code: + Tần số tín hiệu

+ Chu kỳ làm việc + Kênh PWM + Chân GPIO xuất tín hiệu ra - Chân I2C: ESP32 có hai kênh I2C và bất kỳ chân nào cũng có thể được đặt làm

SDA hoặc SCL Khi sử dụng ESP32 với Arduino IDE, các chân I2C mặc định là:

+ GPIO21 (SDA) + GPIO22 (SCL) - Chân ngắt ngoài: Tất cả các chân ESP32 đều có thể sử dụng ngắt ngoài - Chân SPI: Theo mặc định, ánh xạ chân cho SPI là (Bảng 2.1):

Bảng 2.1: Chân SPI của ESP32

VSPI GPIO 23 GPIO 19 GPIO 18 GPIO 5

HSPI GPIO 13 GPIO 12 GPIO 14 GPIO 15

2.1.3 Đánh giá về ESP32

ESP32 là một sự lựa chọn tốt cho hệ thống tưới cây tự động với các ưu điểm sau: tích hợp wifi và bluetooth, analog-to-digital converter(ADC), GPIO (General Purpose

Input/Output), tiết kiệm năng lượng, dễ dàng lập trình và có cộng đồng phát triển lớn Tóm lại, ESP32 là một sự lựa chọn tốt cho hệ thống chăm sóc cây trồng tự động với tính linh hoạt, hiệu suất cao và khả năng kết nối mạng tốt

Hình 2.2: Vi điều khiển ESP32

2.2 Tổng quan phần mềm Blynk IoT 2.0 [2]

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Blynk IoT 2.0

Trong một ứng dụng IoT như smartphone, chúng ta cần một giao diện để người dùng có thể dễ dàng theo dõi và điều khiển các thiết bị trong hệ thống Các nhà cung cấp giải pháp smartphone sẽ có những ứng dụng khác nhau cho hệ thống của riêng họ Để xây dựng smartphone cho riêng bạn, chúng ta sẽ sử dụng Blynk app (Hình 2.3) Blynk là một nền tảng IoT (Internet of Things) cung cấp các công cụ để kết nối, quản lý và điều khiển các thiết bị IoT từ xa thông qua mạng Internet Blynk được phát triển với mục đích giúp cho các nhà phát triển và những người không có kinh nghiệm trong lĩnh vực lập trình có thể tạo và quản lý các ứng dụng IoT một cách dễ dàng và nhanh chóng

Hình 2.3: Logo phần mềm Blynk Blynk cung cấp các công cụ, ví dụ như ứng dụng di động và bộ API, giúp người dùng kết nối và điều khiển các thiết bị IoT bằng cách sử dụng các cảm biến và các tín hiệu đầu vào Người dùng có thể tùy chỉnh giao diện người dùng để điều khiển thiết bị IoT của mình theo cách tùy chỉnh và tạo ra các hành động và tương tác phức tạp thông qua một số lượng nhỏ các lệnh mã

Blynk cũng hỗ trợ một loạt các nền tảng phần cứng, bao gồm Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và nhiều nền tảng khác nữa Blynk cho phép người dùng dễ dàng tích hợp các thiết bị IoT vào các dự án của mình mà không cần có kinh nghiệm lập trình Blynk có rất nhiều ưu điểm sau:

Dễ sử dụng: chỉ cần cài đặt từ app store của Android hoặc Apple, sau đó đăng ký tài khoản và mất không quá 5 phút để làm quen Bạn chỉ cần kéo thả để xây dựng giao diện điều khiển cho riêng mình mà không cần lập trình gì hết

Đầy đủ tính năng và đẹp: Giao diện của Blynk rất thân thiện với người dùng và rất đẹp, và hỗ trợ rất nhiều loại tính năng khác nhau đáp ứng gần như tất cả nhu cầu bạn có trong 1 ứng dụng quản lý smart home

Mã nguồn mở: Bạn có thể tự cài đặt một máy chủ Blynk trong nhà bạn và tự do thay đổi các cấu hình theo ý muốn Ngoài ra, việc truyền nhận giữa các thiết bị và ứng dụng luôn được đảm bảo, không bị ảnh hưởng khi đường truyền quốc tế gặp vấn đề

2.2.2 Cách sử dụng phần mềm Blynk IoT 2.0 Để sử dụng App Blynk IOT ta cần tải phần mềm blynk cho Android hoặc Ios Sau khi tải xong ta tiến hành mở ứng dụng để đăng nhập (nếu bạn đã có tài khoản) hoặc tạo tài khoản Blynk (Hình 2.4):

Hình 2.4: Giao diện đăng nhập Blynk - Đầu tiên là tạo tài khoản của blynk chỉ cần nhập email và mật khẩu là được, sau

đó chọn server setting - Chọn server blynk: Ta có thể tự tạo một server Blynk riêng hoặc sử dụng sever

mặc định như Hình 2.5

Hình 2.5:Chọn server - Sau khi đăng ký hoàn thành, chúng ta sẽ tiến hành tạo một Project mới: Các bạn

Click vào dấu cộng (+) trên thanh công cụ để tiến hành tạo Project mới (Hình 2.6)

Hình 2.6: Tạo Project mới - Click vào Create để hoàn tất việc tạo mới

- Blynk sẽ cấp cho các bạn một mã Token (Hình 2.7), mã này sẽ gửi trực tiếp vào Gmail mà lúc nãy bạn đăng ký

- Mã Token này dùng để chèn vào code Example của Blynk

Hình 2.7: Gửi Auth Token về Gmail - Vào Widget Box (+) > Click vào khối bạn cần sử dụng (Hình 2.8)

Hình 2.8: Chọn Widget Box - Lựa chọn chân kết nối Pin (Hình 2.9) cho khối Widget Box vừa chọn

Hình 2.9: Chọn pin cho khối Widget Box

2.2.3 Cài đặt thư viện Blynk cho phần mềm Arduino IDE

Hình 2.10: Cài đặt thư viện Blynk cho phần mềm Arduino IDE Các bạn truy cập nhanh vào thanh Menu bên trái có hình cuốn sách, nhập vào ô search và từ “Blynk”, nhấn Install để tải xuống nhé Ngoài ra các bạn có thể truy cập vào Sketch/ Include Library/ Manage Libraries (Hình 2.10)

2.3 Tổng quan về truyền thông thông qua RS485 [3]

Nhóm chúng em lựa chọn giao tiếp RS-485: - Khái niệm RS-485:

+ RS485 là một phương thức giao tiếp nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị trong ngành công nghiệp, viễn thông, POS, … Hay còn được gọi là TIA-485 (-A) hoặc EIA-485 RS485 còn được đặc biệt sử dụng ở các môi trường nhiễu có phạm vi đường truyền rộng lớn, đường cáp đi đường dài trong môi trường nhiễu

+ RS485 không chỉ là giao diện từ thiết bị đến thiết bị đơn lẻ mà còn là tổ hợp truyền thông có chức năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị Có thể liên kết lên tới 32 thiết bị trên một cặp dây đơn với hệ thống dây nối đất có khoảng cách lên đến 1200m

- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Rs485: + Cấu tạo RS-485:

• Cấu tạo của RS-485 được mô phỏng như hình minh họa Cáp RS-485 được tạo thành từ những sợi cáp nhỏ bằng đồng, xoắn với nhau theo từng cặp nối dài Bên cạnh sự đơn giản cũng có một số ưu điểm và nhược điểm đi kèm Với cấu tạo là những cặp xoắn nối tiếp khả năng nhiễu đối với chuẩn truyền thông RS485 là rất ít, nhưng khi xuất hiện hiện tượng này thì các cặp khác cũng sẽ bị kéo theo

• Tiếp nối các sợi cáp xoắn là lớp vỏ bọc được làm bằng nhựa PVC dùng để phân biệt tín hiệu, có tính cách ly điện cực Đáp ứng được nhiệt độ dao động từ -10 0C đến 75 0C

Hình 2.11: Sơ đồ cấu hình 2 dây RS485 + Nguyên lý hoạt động: Dữ liệu khi được truyền qua 2 dây trong trạng thái xoắn

lại Khi dây xoắn lại khả năng chống nhiễu cao và tín hiệu đường truyền sẽ tốt hơn Trong mạng RS485 được chia thành 2 cấu hình: Cấu hình 2 dây (hệ thống bán song công), cấu hình 4 dây (hệ thống song công toàn phần)

• Sơ đồ cấu hình 2 dây (Hình 2.11): Hệ thống bán song công 2 dây được truyền theo hướng tại một thời điểm nhất định Tín hiệu TX và RX cùng chia sẻ một cặp dây giúp tiết kiệm chi phí cài đặt Trong sơ đồ này, hệ thống máy phát và hệ thống máy thu sẽ kết nối với mỗi nút trên cặp xoắn Tuy nhiên sẽ bị giới hạn ở chế độ bán song công, phải chú ý đến độ trễ của vòng • Sơ đồ cấu hình 4 dây: Cấu hình này hoạt động khác với cấu hình 2 dây, dữ liệu truyền đến và truyền đi đồng thời từ các nút, đồng thời nhận và truyền dữ liệu 2 dây sẽ có nhiệm vụ truyền, 2 dây còn lại sẽ có nhiệm vụ nhận Trong sơ đồ này (Hình 2.12), cổng chính và máy phát sẽ kết nối với nút nhận dữ liệu trên cặp xoắn Tuy nhiên, sơ đồ này bị giới hạn trong giao tiếp chính và phụ, nơi các nút không giao tiếp với nhau

Hình 2.12: Sơ đồ cấu hình 4 dây RS485

- Ưu, nhược điểm của RS-485: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động RS-485 đã được thay đổi nhiều so với những sản phẩm đi trước

+ Ưu điểm: • Sản phẩm tân biến, cải thiện được các điểm yếu của sản phẩm RS-232 đi

trước • Có thể giao tiếp, kết nối cùng lúc nhiều máy phát trên cùng hệ thống mạng • Kết nối được nhiều thiết bị trên cùng một hệ thống mạng

• Đối với điện trở đầu vào 12Ω thì sẽ kết nối được với 32 thiết bị Hoặc các đầu vào có điện trở khác cũng có thể kết nối lên đến 256 thiết bị

• Khi RS485 kết nối với các thiết bị ở khoảng cách xa có thể dùng thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối

• Mỗi tín hiệu kết nối với hai dây tín hiệu sẽ truyền nhanh với khoảng cách xa hơn

+ Nhược điểm: • Cùng lúc truyền nhiều thiết bị trên cùng một dây thì thời gian đáp ứng sẽ

chậm • Các thiết bị kết nối phải chung chuẩn RS485 thay cho Analog hiện hữu • Cần có kiến thức về RS485 để sử dụng

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

3.1 Thiết kế hệ thống

Với những mục tiêu như đã nói ở chương 1, nhóm em sẽ tính toán và lựa chọn thiết bị mạch điều khiển cho 2 vườn rau cách xa nhau trong phạm vi 1km Mỗi vườn rau có chiều rộng 10m, chiều dài 30m

3.1.1 Tính toán, lựa chọn mạch điều khiển

Bộ mạch điều khiển của hệ thống bao gồm 1 bộ điều khiển Master kết nối với 2 bộ điều khiển Slave Các bộ điều khiển được tích hợp từ nhiều linh kiện khác nhau để tạo thành một mạch điều khiển hoàn chỉnh

3.1.1.1 Lựa chọn board vi xử lý Arduino

Arduino chính là một phần không thể thiếu trong trung tâm xử lý Arduino sẽ có 3 loại ESP32, ESP8266 và Arduino Uno Nhưng nhóm em đã chọn ESP32 (Hình 3.1) cho vườn rau thông minh vì những lý do sau:

- Mạnh mẽ: ESP32 có thể xử lý các thuật toán phức tạp hơn, phù hợp cho các ứng dụng vườn rau thông minh cần nhiều tính năng như:

+ Phân tích dữ liệu cảm biến + Điều khiển tự động các thiết bị + Kết nối với các hệ thống vườn rau khác nhau - Kết nối: ESP32 hỗ trợ nhiều kết nối hơn ESP8266, cho phép bạn kết nối với

nhiều thiết bị hơn trong vườn rau thông minh của mình - Cảm biến tích hợp: ESP32 có nhiều cảm biến tích hợp hơn ESP8266, giúp bạn

tiết kiệm chi phí và không gian cho thiết bị - Tiết kiệm năng lượng: ESP32 tiêu thụ năng lượng ít hơn ESP8266, giúp bạn tiết

kiệm pin cho thiết bị - Điều khiển: ESP32 có thể kết nối Wifi và điều khiển được trên điện thoại của

mình thông qua app - Giá thành: ESP32 có giá thành rẻ hơn so với Arduino Uno

Hình 3.1: Arduino ESP32-WROOM-32E

- Thông số kỹ thuật: [4] + Nguồn cung cấp: 5 VDC thông qua cổng micro USB + Tích hợp mạch nạp và giao tiếp UART CP2102 + Tích hợp ngoại vi: LED Status, BOOT, ENABLE + Wifi:

• 802.11 b/g/n • Tốc độ bit: 802.11 n lên tới 150 Mbps • Tập hợp A-MPDU và A-MSDU • Hỗ trợ khoảng bảo vệ 0,4 µs • Dải tần trung tâm của kênh hoạt động: 2412 ~ 2484 MHz + Bluetooth:

• Thông số kỹ thuật Bluetooth V4.2 BR/EDR và Bluetooth LE • Máy phát loại 1, loại 2 và loại 3

• AFH • CVSD và SBC + Phần cứng:

• Giao diện: Thẻ SD, UART, SPI, SDIO, I2C, LED RGB, Motor Motor, I2S, IR, bộ đếm xung, GPIO, cảm biến cảm ứng điện dung, ADC, DAC, Giao diện ô tô hai dây (TWAI®, tương thích với ISO11898-1)

• Bộ tạo dao động tinh thể 40 MHz + Kích thước: 18 x 25.5 x 3.1 mm - Ưu điểm:

+ ESP32 cung cấp dual-core 160 MHZ đến 240 MHZ + Có thể điều khiển và giám sát thiết bị với sự trợ giúp của Wi-fi hoặc

Bluetooth với mức giá rất rẻ + ESP32 cung cấp nhiều GPIO + ESP32 cung cấp cho tốc độ cao 150 Mbps

3.1.1.2 Tính chọn module chuyển đổi TTL sang RS485

Để kết nối giữa các board điều khiển Slave với board Master chúng ta có thể thấy có rất nhiều loại giao thức như là ESP NOW, UART, I2C, hay là Lora Vì nhóm chúng em làm hệ thống 2 vườn rau cách xa nhau trong phạm vi 1km nên chúng em đã chọn giao thức RS485 vì những lý do sau đây:

- Khả năng chống nhiễu tốt: RS485 sử dụng tín hiệu vi sai, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu điện từ môi trường xung quanh Điều này rất quan trọng cho việc ứng dụng sử dụng ESP32 trong môi trường nông nghiệp

- Khoảng cách truyền xa: RS485 cho phép truyền dữ liệu với khoảng cách lên đến 1200 mét phù hợp với khoảng cách 2 vườn rau của nhóm em (1km), xa hơn nhiều so với các giao thức truyền thông khác như UART (15 mét) hay I2C (1 mét) Ưu điểm này giúp RS485 phù hợp cho các ứng dụng cần giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa

- Kết nối nhiều thiết bị: RS485 cho phép kết nối tối đa 32 thiết bị trên cùng một bus truyền thông Điều này giúp giảm thiểu chi phí cáp và vật liệu so với việc sử dụng các giao thức truyền thông khác chỉ cho phép kết nối một thiết bị - Tốc độ truyền dữ liệu cao: RS485 hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 Mbps,

đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu nhanh chóng - Giá thành thấp: RS485 có giá thành thấp hơn so với Lora - Dễ sử dụng: RS485 sử dụng cấu hình đơn giản với hai dây dẫn và một dây nối

đất, giúp việc triển khai và sử dụng dễ dàng Hệ thống sử dụng giao thức RS485, vì thế cần 1 module chuyển đổi tín hiệu từ TTL sang RS485 để truyền nhận dữ liệu Để giải quyết cho vấn đề đó, nhóm chúng em sử dụng module chuyển đổi TTL sang RS-485 MAX485 RS485 như Hình 3.2

Hình 3.2: Module chuyển đổi TTL sang RS-485 MAX485 RS485 - Giới thiệu:

+ MAX485 là một mạch chuyển đổi TTL To RS485 chuyển đổi tín hiệu TTL sang RS485 cho phạm vi xa, tốc độ dữ liệu cao, dễ xảy ra lỗi giao tiếp Các mạng truyền thông kỹ thuật số thực hiện tiêu chuẩn EIA-485 có thể được sử dụng hiệu quả trong khoảng cách xa và trong môi trường nhiễu điện

+ Bộ chuyển đổi này cho phép bạn gửi và nhận dữ liệu bằng mạng RS485 từ Arduino vi điều khiển của bạn Tương tự như giao diện Serial TTL và RS232, RS485 cho phép bạn truyền dữ liệu giữa các bộ vi điều khiển và thiết bị nhưng với các tính năng bổ sung RS485 là một giao thức tiêu chuẩn công nghiệp để truyền dữ liệu và cung cấp nhiều ưu điểm

+ Nó cho phép bạn truyền dữ liệu giữa tối đa 32 thiết bị, thông qua cùng một đường truyền dữ liệu qua chiều dài cáp lên đến 1.2 km (4000ft) với tốc độ dữ liệu tối đa là 10 Mbit / s Bộ chuyển đổi này được thiết kế cho các ứng dụng văn phòng và công nghiệp (không bị cô lập) và cung cấp các đặc điểm / tính năng ưu việt thường chỉ có trên các thiết bị đắt tiền hơn

- Thông số kỹ thuật: [5]

+ Mạch giao tiếp TTL - RS485 được dùng để chuyển đổi tín hiệu nối tiếp (Serial) UART sang giao tiếp RS485 sử dụng IC MAX485

+ Điện áp hoạt động: 5 VDC + Kích thước: 44 X 14 mm + Tiêu thụ điện năng thấp cho giao tiếp RS-485 + Trên bo mạch có thiết bị đầu cuối 2P cao 5,08 (mm) để tạo thuận lợi cho việc

đấu dây giao tiếp RS-485 + Bộ thu phát giới hạn tốc độ quay

3.1.1.3 Tính chọn bộ chuyển đổi nguồn 5 V

Mạch điều khiển bao gồm các linh kiện đều sử dụng điện áp đầu vào 5 VDC Ta có bảng liệt kê điện áp và dòng điện của các linh kiện trong mạch (Bảng 3.1)

Bảng 3.1:Bảng liệt kê điện áp và dòng điện của các linh kiện trong mạch

Tên linh kiện Điện áp Dòng điện ESP32-WROOM 32E 5V 200mA Các cảm biến 2,7V- 6V 50mA Module MAX485 5V 250mA Module relay 5V 5V 80mA

+ Điện áp đầu ra: 5 VDC + Dòng điện đầu ra: 2 A, dòng đỉnh 3 A + Công suất đầu ra: 10 W (tối đa 15 W) + Kích thước: 63.7 x 30.8 x 20 mm + Trọng lượng: 28 g

3.1.2 Tính toán lựa chọn cảm biến

Hình 3.4: Cảm biến độ ẩm đất - Thông số kỹ thuật: [7]

+ Điện áp hoạt động: 3.3~5VDC + Tín hiệu đầu ra:

• Analog: theo điện áp cấp nguồn tương ứng • Digital: High hoặc Low, có thể điều chỉnh độ ẩm mong muốn bằng biến trở

thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp + Kích thước: 3 x 1.6cm

+ Sơ đồ chân:

VCC 3.3V ~ 5V GND GND của nguồn ngoài DO Đầu ra tín hiệu số (mức cao hoặc mức thấp) AO Đầu ra tín hiệu tương tự (Analog)

3.1.2.2 Cảm biến mưa

Để lựa chọn cảm biến mưa, cần xác định lượng mưa ở khu vực đó, tính kết nối tới hệ thống của cảm biến và giá cả phải chăng Nhóm em nhận thấy lượng mưa vừa phải nên đã chọn loại cảm biến mưa Raindrop Sensor Module

Hình 3.5: Cảm biến mưa - Thông số kỹ thuật: [8]

+ Điện áp: 5V + Led báo nguồn ( Màu xanh) + Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ) + Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra môi trường dẫn

điện + Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO) + Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi

công suất nhỏ…) + Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở + Sử dụng LM358 để chuyển AO –> DO + Kích thước: 5.4*4.0mm

+ Dày 1.6mm

3.1.2.3 Cảm biến DHT11

- Để chọn loại cảm biến nhiệt độ cho vườn rau cần có những yếu tố như là độ chính xác, khả năng kết nối với hệ thống và giá thành Từ những yếu tố đó thì em nhận thấy cảm biến DHT11 là phù hợp với vườn rau của nhóm em