Sự phát triển mạnh mẽ của IoT Internet of Things và khả năng giám sát dữ liệu từ xa thông qua các thiết bị kết nối Internet đã đem lại những thay đổi tích cực, tạo nên sự thuận tiện và h
TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển vượt bậc công nghệ 4.0, việc áp dụng những công nghệ kỹ thuật vào đời sống ngày càng được phổ biến, rộng rãi đã mang lại nhiều lợi ích cho con người trong cuộc sống Với sự phát triển mạnh mẽ này nhiều thiết bị máy móc hiện đại cũng như thiết bị thông minh được ra đời đã đóng góp quan trọng hầu hết trong mọi lĩnh vực hiện nay như: khoa học kỹ thuật,công nghiệp, nông nghiệp, quản lý,…
Việc ứng dụng hệ thống IoT vào nông nghiệp sẽ giúp người nông dân dễ dàng hơn trong việc quản lý, hiệu quả nâng suất sảnixuấtinônginghiệp tăng cao Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan,… đã và đang ứng dụng, phát triển các hệ thống IoT cho nông nghiệp Có hệ thống này giúp theo dõi và điều khiển hoạt động trong nông nghiệp và tự động hiệu quả Ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả trong sản xuất nhu cầu ứng dụng IoT cho nông nghiệp ngày càng cần thiết Nhiều doanh nghiệp lớn ở Việt Nam như: FPT, VinGroup, MISA,… đã cung cấp nhưng giải pháp IoT cho nông nghiệp như hệ thống tưới nước tự động, quản lý trang trạng thông minh, theo dõi thông số môi trường,… Tuy nhiên việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp vẫn còn gặp những khó khăn như: chi phí đầu tư cao, kết nối mạng ở nông thôn còn hạn chế, …
Dâu tây là một loại cây trồng khá phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước châu Âu đối với nước ta dâu tây còn là loại cây có giá trị kinh tế cao so với các loại cây ăn quả khác Đây là loại cây có giá trị kinh tế cao được trồng phổ biến ở các khu vực có khí hậu mát mẻ phù hợp với các tỉnh khu vực Nam Trung Bộ như Đà Lạt, Lâm Đồng Cây dâu tây có thể được trồng ở nhiều loại mô hình khác nhau như: trong nhà kính, trong các giá thể khác nhau, trồng thủy canh… nhưng phải có sự giám sát về chế độ dinh dưỡng và các thông số môi trường ảnh hưởng đến điều kiện phát triển của dâu tây đem lại lợi ích kinh tế cao
Nước ta chủ canh tác nông nghiệp theo kiểu truyền thống kém hiệu quả, tốn nhiều thời gian và công sức, sản xuất chủ yếu ở quy mô nhỏ Bên cạnh đó, biến đổi diễn ra nhanh chóng ảnh hướng đến các yếu tố môi trường đã tác động xấu đến năng suất cây trồng đặc
2 biệt là cây dâu tây loại cây dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường Để giúp giải quyết tình trạng trên người thực hiện đã chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG IOT ỨNG DỤNG TRONG CHĂM SÓC CÂY DÂU TÂY” Việc thiết kế và triển khai hệ thống IoT trong chăm sóc cây dâu tây không chỉ mang lại cơ hội cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp mà còn góp phần giảm bớt áp lực mà biến đổi khí hậu đang đặt ra đối với ngành nông nghiệp của nước ta.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Xây dựng mô hình khu vườn có ứng dụng công nghệ IoT và LoRa giúp dễ dàng theo dõi thông số môi trường và điều khiển các thiết bị Hệ thống khả năngithuithậpicácithông sốimôiitrườngithôngiquaicácicảmibiến như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất Hệ thống cho phép kết nối nhiều khu vườn ở xa đáp ứng triển khai quy mô sản xuất lớn
Thiết kế Webserver giúp ngườiidùngicóithểigiámisát các thôngisốimôiitrườngivà điều khiểnicácithiếtibị điện có trong khu vườn từ xa Giao diện Web sẽ cũng cấp cho người dùng thông tin về thông số theo thời gian thực và cho phép điều khiển các thiết bị điện có tại vườn.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Sử dụng các module có sẵn đểithựcihiệniđề tài
Chỉ sửidụng cây dâu tây được nuôi trồng trong nhà kính làm đối tượng nghiênicứuithực hiện đềitài
Chỉ kết nối với 2 vườn khác nhau.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiênicứu, tìmihiểuicácihệithống IoT ứng dụng chăm sóc cây trồng
Tìm hiểu về điều kiện sinhitrưởngicủa cây dâu tây, các yếu tố môiitrườngiảnhihưởng đếniquáitrình sinh trưởng như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất
Thiết kế hệ thống giám sát môi trường, chăm sóc cây dâu tây
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, tìm hiểu về yêu cầu sinh trưởng của cây dâu, các thức hoạt động của công nghệ LoRa, các nguyên lý hoạt động của phần cứng ESP32, module LoRa SX1278, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất… Tìm hiểu về cách lập trình Website giao diện người sử dụng và cơ sở dữ liệu
Phạm vị: Nghiên cứu dựa trên những mô hình đã có sẵn, tích hợp và ứng dụng cho đề tài.
BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Trong chương nàyitrình bày về tổng quan, lýidoichọniđềitài, mục tiêu, các giới hạn của đề tài và bố cục đề tài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ IOT
IoT được viết tắt của cụm từ Internet of Things, nghĩa là Internet vạn vật hoặc vạn vật kết nối, dùng để chỉ các thiết bị vật lý có khả năng kết nối Internet để thu thập dữ liệu, chia sẽ dữ liệu toàn cầu thông qua mạng Internet mà không cần sự can thiệp của con người Chúng tạo ra mạng lưới thông tin toàn cầu cho phép cái thiết bị truy cập chia sẽ dữ liệu qua lại từ xa [1]
CácithiếtibịiIoTihoạtiđộngidựaitrênisựicảmibiếnibênitrongithiếtibị Chúngiđượcidùng đểikết nối các thiết bị riêng với nhau thông qua các chip cảm biến nhằm phát hiện và chuyển đổiicác thôngitin dữ liệuimình nhậniđược thành "hành động" tươngiứngitiếpitheo thông quaiđiềuihướngimạngiInternet [2]
Theo dự đoán của Gartner, Inc., một công ty nghiên cứu và tư vấn hàng đầu về công nghệ, sẽ có đến 26 tỷ thiết bị được kết nối vào mạng lưới IoT vào năm 2020 [3] Con số này được dự đoán sẽ tiếp tục tăng mạnh trong những năm tới, với ABI Research ước tính sẽ hơn 30 tỷ thiết bị sẽ được kết nối không dây vào năm 2020 [4] Một cuộc khảo sát gần đây do Dự án Nghiên cứu Internet Pew Research thực hiện cho thấy sự tin tưởng tưởng của các chuyên gia công nghệ vào tiềm này to lớn của IoT 83% số chuyên gia tham gia khảo sát đồng ý rằng IoT cùng với các hệ thống nhúng, tính toán và cac hệ thống năng động tương ứng sẽ mang lại những lợi ích to lớn và tác động rộng khắp đến năm 2025 [5] Những con số và dự đoán này cho thấy rõ ràng rằng IoT sẽ trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta
- Công nghiệp: Tối ưu hóa các công đoạn sản xuất, giám sát, kiểmitraichấtilượngisản phẩmigiúp tăng hiệu quả giảm thiểu sai sót, giảm lỗi
- Nông nghiệp: Ứng dụng IoT trong ngành trồng trọt giúp người nông dân theo dõi các thôngisốimôiitrường cần thiết cho cây trồng nhưinhiệtiđộ, độiẩm, độiẩmiđất, ánh sáng… qua đó có cácibiệniphápiphùihợp để khác phục biến đổiikhíihậu từ đó tiết kiệm được sức lao động và nângicaoinăngisuất
- Yitế: Giúp bác sĩ theo dõi dữ liệu sức khỏe của bệnh nhân thông qua cácithiếtibị y tế thôngiminhitrong thời gian thực qua đó kế hoạch phù hợp cho liệu trình chăm sóc sức khỏe tiếp theo
- Giao thông: Mang lại những giải pháp thông minh đảm bảo an toàn giao thông, cung cấp lưu lượng xe trong giờ cao điểm để kịp thời đưa ra giải pháp tránh ùn tắc giao thông.
GIỚI THIỆU VỀ CÂY DÂU TÂY
Dâu tây, hay còn gọi là dâu đất, có tên khoa học là Fragaria, thuộc họ hoa hồng Loài cây thân thảo này cho những quả mọng nước với hương vị chua ngọt đặc trưng, được nhiều yêu từ trẻ em cho đến người lớn Nguồn gốc của cây dâu tây bắt nguồn từ Nam Mỹ Vào thế kỷ 18, các nhà nông dân châu Âu đã lai tạo thành công, tạo nên giồng dâu tây phổ biến như hiện nay
Quả dâu tây mang lại giá trị dinh dưỡng cao đặc biệt là giàu hàm lượng Vitamin C Dâu tây có thể chế biến thành nhiều loại sản phẩm khác nhau như: ăn tươi, nước giải khát, làm mứt, chế biến hương vị có các loại thực phẩm… Cây dâu tây được trồng ở khác khu vực có khí hậu ôn đới như các nước châu Âu, ở Việt Nam dâu tây cũng được trồng nhiều ở khu vực Đà Lạt, Lâm Đồng, Sapa Cây dâu tây có thể được chăm sóc ở các mô hình khác nhau tùy thuộc vào điều kiện ở từng khu vực như: trong nhà kính và ngoài trời
Hình 2.2 Mô hình trồng dâu tây trong nhà kính
Hình 2.3 Mô hình trồng dâu tây ngoài trời Điều kiện phátitriểnicủaicâyidâuitây [7]:
- Nhiệt độ: là cây trồng thích hợp với những nơi có khí hậu mát mẻ, nhiệt độ phù hợp với quáitrìnhiphátitriển và sinh trường là từ 18 – 22 o C Ở thời kì cây đâm chồi và hoa là từ 15 – 24 o C Thời kì quả phát triển là 15 – 22 o C
- Độiẩmikhôngikhí: Độiẩm tốt nhấtigiúpicâyisinhitrưởngivàiphátitriển là 60 - 80% nếu độ quá cao hay thấp sẽ gây bất lợi cho cây ảnhihưởngiđếnichấtilượngisản phẩm
- Đất trồng: Cần hầm lượng chất dinh dưỡng trong đất cao, giữ ẩm và thoát nước tốt Độ ẩm đất tốt cho cây là từ 40 – 60%.
GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
Wifi (Wireless Fidelity) là hệ thống truy cập internet không dây Loạiisóngivôituyến nàyitươngitựinhưisóngiđiệnithoại, truyềnihìnhivàiradio
Wifi là công cụ kết nối không thể thiếu trên điện thoại, laptop, máy tính bảng và một số thiết bị thông minh khác như smartwatch
Nguyên lý hoạt động
Một thiếtibịikhôngithểithiếuitrongiviệc tạo một kết nối thu phát sóng Wifi đó là Router hay còn gọi là bộ thu phát Nguyên tắc hoạt động của Router là sẽ thu sóng thông tin thông
8 qua kết nối mạng hữu tuyến sau đó nó sẽ xuất ra sóng tín hiệu vô tuyến Trongimỗiithiết bị diiđộngisẽ có bộichuyểniđổiitínihiệuikhôngidây(Adapter) dùng để thu lấy tín hiệu sóng vô tuyến phát ra từ Router Wifi rồi giải mã các tín hiệu này thành những tín hiệu cần thiết
Quá trình thu phát và chuyển đổi tín hiệu có thể diễn ra qua lại giữa Router và Adapter, Adapter cũng có thể chuyển đổi và phát tín hiệu như Router và Router cũng có thể nhận và chuyển đổi tín hiệu như Adapter
Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của Wifi
Một số chuẩn WIFI ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam có 2 chuẩn Wifi được sử dụng phổ biến nhất đó là chuẩn 802.11g và chuẩn 802.11n, trong đó thì nổi trội hơn là chuẩn 802.11n với sự đặc biệt là có thể hoạt động ở 2 dải tần 2,4GHz và 5GHz
Nămi1997, IEEE ra mắtichuẩnimạngikhôngidâyiđầuitiênivà mang tên là 802.11 Chuẩn này có tốciđộihỗitrợitốiiđaicủaimạngilà 2iMbps và hoạtiđộngitrênibăng tầng 2.4GHz
Vào tháng 7/1999, chuẩni802.11bira đời,ihỗitrợitốciđộilêniđếni11iMbps Chuẩninày cũngihoạtiđộngitạiibăngitầni2.4GHz, do đó dễibịinhiễuitừicácithiếtibịiđiệnitử khác
Songisongivớiiquáitrìnhiphátitriểnichuẩn 802.11b, chuẩn 802.11aira đời và hoạt động ởitầnisốicaoihơn là 5GHz để tránhibịinhiễuitừicácithiếtibị khác Chuẩn này đạt tốciđộixử lýi54 Mbps, tuy nhiênikhảinăngixuyêniquaicáciváchitường kém và chi phí cũng cao hơn.
Chuẩni802.11gicóinhững cải tiến hơnisoivớiichuẩnib, nhưng vẫn còn hoạtiđộng ở tần số 2.4GHz nên vẫnidễibịinhiễu Chuẩninàyicó tốc độixử lýilên đếni54 Mbps
Ra mắt năm 2009, chuẩn 802.11n nhanh chóng trở thành chuẩniphổibiếninhấtihiện này nhờ những ưu điểm vượt trộiisoivới chuẩn b và chuẩnig Chuẩnikết nối này có thể hỗ trợ tốciđộitối đailêniđếni300Mbps và có thểihoạt độngitrênicả haiibăngitần 2,4 GHz và 5 GHz
Hình 2.5 Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay
LoRa (Long Range) là công nghệ truyền dẫn không dây tầm xa với mức tiêu thụ năng lượng thấp được phát triển bởi Semtech Lora cung cấp khả năng liên lạc tầm xa lên đến 5km đối với khu vực thành thị và 15km đối với khu vực nông thôn
MộtimạngiLoRaicóithểicungicấpivùngiphùisóngitươngitựinhưicủaimộtimạngidi động Trongimộtisốitrườngihợp,icácianteniLoRaicóithểiđượcikếtihợpivới anten di động khi các tầnisốilàigầninhau, doiđó giúp tiếtikiệmiđángikểichi phí Công nghệ không dây LoRaiđược
10 đánhigiáilàilýitưởngiđểisửidụngitrongimộtiloạticáciứngidụng,ibao gồm: định lượng thông minh, theo dõi hàng tồn kho, giám sát dữ liệu của máy bán hàng tự động, ngành công nghiệpiô tô, cáciứngidụngitiệniíchivàitrongibấticứ lĩnh vực nào mà cần báo cáo và kiểm soát dữ liệu
Hình 2.6 Mô hình mạng LoRa
Nguyên lý hoạt động:
Nền tảng để là phát triển công nghệ LoRa là kỹ thuật điều chế trải phổ bắt nguồn từ công nghệ Chirp Spread Spectrum (CSS) Kỹ thuật này là mã hóa tín hiệu dữ liệu bằng các xung nhịp chirp (làicácitínihiệuihìnhisinithayiđổiitheoithờiigian) sau đó truyền đến anten để gửi đi Có 2 loại tín hiệu chirp: Up – chirp (tín hiệu có tần số tăng dần theo thời gian), Down – chirp (tín hiệu có tầnisốigiảmidần theoithờiigian) Bit 0 được mãihóaitheo tín hiệu Down – chirp và bit 1 được mã hóa theo tín hiệu Up – chirp
Băng tần của LoRa sẽ thay đổi khác tùy thuộc vào từngikhuivực khácinhau trên thế giới như: ChâuiÂuilài868iMHz, Bắc Mỹilài915iMHzivàiChâuiÁ là 433 MHz
11 Ưu nhược điểm của LoRa
- Tầm xa: LoRa cóithểitruyền nhậnidữiliệu lên đếnivài km, tùyithuộcivàoimôi trường vàicôngisuất phát
Tiêu thụ năng lượng thấp: LoRa giúp các thiết bị IoT hoạt động trong thời gian dài với pin dung lượng nhỏ
- Khả năng xuyên thấu tốt: LoRa có thể truyền dữ liệu qua các vật cản như tường, bê tông, kim loại
- Độ tin cậy cao: LoRa có khả năng chống nhiễu tốt, đảm bảo truyền dữ liệu an toàn và đáng tin cậy
- Chi phí thấp: LoRa sử dụng các thiết bị đơn giản và giá rẻ, giúp giảm chi phí triển khai
- Tốc độ truyền dữ liệu thấp: LoRa không phù hợp cho các hệ thống cần tốc độ truyền dữ liệu cao
- Độ trễ cao: LoRa có độ trễ cao hơn so với công nghệ các như Bluetooth và WiFi Ứng dụng
- Nông nghiệp: theo dõi các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến cây trồng và vật nuôi
- Công nghiệp: Theo dõi quy trình sản xuất sản phẩm
- Nhà thông minh: Điều khiển, giám sát các thiết bị điện, quản lý năng lượng
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver/Transmitter là chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ UARTichuyểniđổiigiữaidữiliệuinốiitiếpivàisongisong Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi Mộtichiềuikhác,iUARTichuyểniđổiidữiliệuinhậniđượcidạngidữiliệuinốiitiếp thành dạng dữ liệuisongisongichoiCPUicóithểiđọcivàoibusihệithống Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bêninhậniphảiitựitạo xung clock cóicùngitầnisố và thườngiđược gọiilà tốciđộ baud,ivíidụinhưi2400ibaud, 4800 baud, 9600 baud
UARTicủaiPCihỗitrợ cả hai kiểu giao tiếp làigiaoitiếpiđồngithời vàikhông giaoitiếp đồngithời.iGiaoitiếp đồngithờiitức làiUARTicóithểigửiivàinhậnidữiliệu vàoicùngimộtithời điểm.iCònigiaoitiếp khôngiđồng thờii(khôngikép)ilàichỉicó mộtithiếtibịicó thểichuyểnidữ liệuivào mộtithời điểm,ivới tínihiệu điềuikhiển hoặcimãisẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu.iGiaoitiếpikhôngiđồngithờiiđược thựcihiệnikhiimà cải2 chiều chiaisẻimộtiđường dẫnihoặcinếuicó 2iđườnginhưngicả 2ithiếtibịichỉ giaoitiếp quaimột đườngiởicùngimộtithời điểm Đểigiaoitiếp giữai2ithiếtibịithôngiquaichuẩnigiao tiếpiUART, ta tiếnihành nốiidây Tx (chân gửi tín hiệu) icủaibêniphátivớiichâniRx (chân nhận tín hiệu) củaibênithuivàingược lạiinốiichâniRx (chân nhận tín hiệu) củaibêniphát với châniTxi (chân gửi tín hiệu) icủaibên thu Cách nối dâyinàyiđượcigọi làinối chéoidây Bênicạnh đó, cần phảiinốiichungiGND cho cả 2 bêninhậnivàiphátivớiinhauivà muốnitruyềninhậniđược, 2ibêniphảiicóicùngitốc độ baud
I 2 C là một chuẩn truyền nối tiếp hoạt động theo mô hình chủ - tớ (master - slave) Trong mô hình này, mộtithiếtibị chủicó thể giaoitiếp với nhiềuithiết bị tớ Để giao tiếp với một thiết bị cụ thể, thiết bị chủ phải gửi địa chỉ đúng để kích hoạt thiết bị đó trước khi thực hiện việc ghi hoặc đọc dữ liệu
Giao tiếp I 2 C sử dụng hai dây: Dữ liệu nối tiếp (SDA) và Xung nhịp nối tiếp (SCL) Dây SDA cho phép truyền dữ liệu 2 chiều, trong khi SCL chỉ truyền xung nhịp theo một hướng Khi kết nối thiết bị ngoại vi vào bus I 2 C, chân SDA của thiết bị sẽ được nối với dây SDA của bus và chân SCL được nối với dây SCL
13 Điệnitrởikéoilên: mỗi dây SDAivà SCLiđều được nốiivới điệniáp dươngicủainguồn thôngiquaimột điệnitrở kéo lên Việc sử dụng điện trở kéo lên là cần thiết vì chân giao tiếp
I 2 Cicủa cácithiết bị ngoạiiviithườngilà dạng cực hở Giá trị của các điện trở kéo lên này phụ thuộc vào từng thiết bị vàichuẩn giaoitiếp cụ thể, thường dao động trong khoảng 1K đến 4.7k Ohm Các thiếtibịicùng đượcikếtinối vàoimột bus I 2 C có 1 địa chỉ duy nhất, đảm bảo không xảy ra xung đột thông tin Mỗi thiết bị trong hệ thống có vai trò cụ thể là chủ (Master) hoặc tớ (Slave) có thể truyền và nhận dữ liệu theo yêu cầu
Hoạtiđộngitruyềnihay nhậnicònitùy thuộcivàoiviệcithiếtibị đó là chủ hay tớimộtithiết bịihayimộtiICikhi kết nốiivớiibus I 2 C, ngoàiimộtiđịaichỉ (duy nhất) đểiphânibiệt, nóicòn đượcicấuihìnhilàithiếtibịichủihayitớ
SPIi(Serial Peripheral Interface) làimột chuẩnitruyềnithônginốiitiếp đồngibộiđượcisử dụngiđểitruyềnidữ liệuitrong khoảng cách ngắn, thườngiđượcisử dụng trongicác hệithống nhúng SPIiđượciphát triển bởi Motorolaivàoigiữa những nămi1980 Cáciứng dụngitiêu biểuicủaiSPIicó thể kể đến nhưithẻinhới(Secure Digital cards)và giaoitiếpimànihìnhiLCD CácithiếtibịigiaoitiếpithôngiquaiSPI có quan hệimaster - slave Masterilàithiếtibịiđiều khiển (chủiyếu làiviiđiềuikhiển), trong khi slave (thường là màn hình, cảm biến hoặc chip nhớ) nhận lệnh từ master CấuihìnhiđơnigiảninhấticủaiSPIilà hệithống một master và một slave duyinhất, nhưngimộtimastericóithểiđiềuikhiểninhiềuislave
Cấu tạo chân tín hiệu
- SCLK (Serial Clock): Tínihiệuixungiđồngihồiđiềuikhiểnichoiviệciđồngibộitruyền dữiliệu
- MOSIi(MasteriOutiSlaveiIn):Tín hiệuidữ liệuiđượcitruyềnitừithiếtibịimasteritới cácithiếtibịislave
- MISO (MasteriIniSlaveiOut): Tínihiệuidữiliệu đượcitruyềnitừ cácithiếtibịislave vềithiếtibịimaster
- SS/CS (Slave Select/Chip Select): Tínihiệuiđượcisửidụngiđểichọnithiếtibịislave nàoisẽithamigiaitruyềnidữiliệu
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của giao tiếp SPI dựaitrêniviệcitruyềnidữ liệuituầnitựigiữaimột thiếtibịimasterivà mộtihoặcinhiềuithiết bị slave GiaoitiếpiSPIisửidụngimộtitínihiệuiclock chungivàicácitínihiệuitruyềnidữiliệuiđồngithờiitrênicácikênh tương ứng
TrongigiaoitiếpiSPI, thiếtibịimasteriđiềuikhiểniquáitrìnhitruyền dữ liệu Nó tạo ra xung clockitrênichâniSCK đểiđồngibộihóa truyềnidữiliệuigiữaimaster và slave Thiết bịimaster cũngichịuitráchinhiệmikíchihoạt châniSS của từngithiết bịislave để chọn thiếtibị nào sẽ giao tiếp
Giao tiếp SPI sử dụng cơ chế dịch bit để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị chủ (master) và thiết bị tớ (slave) Điểm đặc biệt của SPI là cả hai thiết bị đều truyền và nhận dữ liệu theo cùngithứitự từ biticao nhấtiđến bitithấpinhất Mỗiibitiđượcitruyền từ master đến slave qua kênh MOSI và từ slave về master qua kênh MISO
CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE REALTIME DATABASE
Firebase Realtime Database là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực mà Firebase cung cấp Nó tạo ra một cơ sở dữ liệu JSON trên đám mây cho ứng dụng của bạn, cho phép bạn lưu trữ và đồng bộ hóa dữ liệu trong thời gian thực giữa nhiều người dùng và các thiết bị khác nhau
Một trong những ưu điểm chính của Firebase Realtime Database là tính thời gian thực, mỗi khi có bất kỳ thay đổi nào trong cơ sở dữ liệu, các thiết bị khác cũng sẽ nhận được thông báo ngay lập tức Điều này rất hữu ích trong việc làm việc với ứng dụng đa người dùng hoặc trong các hệ thống chat trực tiếp
Firebase cung cấp một API dễ sử dụng cho việc đọc và ghi dữ liệu vào Realtime Database, và cũng cung cấp tích hợp với các ngôn ngữ lập trình phổ biến như JavaScript, Swift và Android
Với Firebase Realtime Database, bạn có thể xây dựng các ứng dụng đa nền tảng, có khả năng đồng bộ hóa dữ liệu trong thời gian thực và tương tác dễ dàng với các ứng dụng di động và web
16 Ưu & nhược điểm Ưu điểm của Firebase Realtime Database:
- Thời gian thực: Firebase Realtime Database cung cấp tính năng đồng bộ dữ liệu thời gian thực, cho phép các thay đổi trong cơ sở dữ liệu được truyền tải và áp dụng tức thì tới các thiết bị và người dùng khác
- Dễ sử dụng: Firebase Realtime Database có một API đơn giản và dễ sử dụng, cho phép bạn đọc và ghi dữ liệu một cách dễ dàng
- Tích hợp tốt: Firebase Realtime Database tích hợp tốt với các ngôn ngữ lập trình phổ biến như JavaScript, Swift và Android, giúp bạn xây dựng ứng dụng trên nhiều nền tảng một cách linh hoạt
- Xác thực và bảo mật: Firebase Realtime Database hỗ trợ các cơ chế xác thực và bảo mật, bao gồm cơ chế quyền hạn dựa trên người dùng và quyền truy cập dựa trên luật
- Khả năng mở rộng: Firebase Realtime Database cho phép mở rộng dễ dàng để xử lý nhiều người dùng và dữ liệu
Nhược điểm của Firebase Realtime Database:
- Cấu trúc dữ liệu: Firebase Realtime Database sử dụng cấu trúc dữ liệu JSON, và không cung cấp các tính năng phức tạp của cơ sở dữ liệu quan hệ như JOIN hoặc khóa ngoại Điều này có thể làm cho việc làm việc với dữ liệu phức tạp hơn
- Overage charges: Firebase Realtime Database có một giới hạn về lưu lượng truy cập và dung lượng dữ liệu Nếu vượt quá giới hạn này, bạn phải trả thêm phí
- Khả năng tìm kiếm: Firebase Realtime Database không cung cấp tính năng tìm kiếm nâng cao, ví dụ như truy vấn không gian Điều này có nghĩa là bạn cần tìm cách áp đặt các giải pháp tìm kiếm phía người dùng hoặc sử dụng Firebase Cloud Firestore nếu yêu cầu tìm kiếm của bạn phức tạp hơn
NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH WEB
HTML là từ viết tắt của "HyperText Markup Language", nghĩailàingôningữiđánhidấu siêuivănibản Trong đó, Hypertext (siêu văn bản) là một đoạn chữ bất kỳ nhưng có chứa đường dẫn đến một nguồn thông tin khác (nhưimộtiđoạnivănibản, mộtiđịaichỉiwebsite, hình ảnh, âm thanh…) Ngôn ngữ đánh dấuinàyisẽilàicầuinốiicủaisựigiaoitiếpigiữaingườiidùng vàitrìnhiduyệt, giúpitrìnhiduyệtihiểuiđượcicáchithứcihiểnithịitrangiweb
CấuitrúcicủaiHTMLirấtiđơnigiảnivà logic, với bố cục từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, bao gồmi2iphầnichínhilàiHEADivàiBODY
- Mọi trang HTMLđềuphảikhaibáoDOCTYPE (địnhnghĩachuẩnvănbản) ngaytừ dòngđầutiên
- Thẻ chứaitiêuiđềivàicácithôngitinikhaiibáo, cácithôngitiniẩn khác
- Thẻ sẽ chứa các nội dung hiển thị trên trang web Đây là phần mà người dùng sẽ thấy khi truyền duyệt hiển thị trang web
Một số thuộc tích phổ biến trong HTML
- `id`: định danh duy nhất cho một phần tử
- `class`: định nghĩa lớp của phần tử, thường được sử dụng để áp dụng CSS
- `src`: đường dẫn tới tài nguyên bên ngoài, chẳng hạn như hình ảnh
- `href`: đường dẫn tới tài nguyên liên kết
- `alt`: văn bản thay thế cho hình ảnh
- `style`: áp dụng CSS nội tuyến cho phần tử
Tất cả các ký tự nằm giữa dấu sẽ được xem là thẻ chú thích và bị trình duyệt bỏ qua, không xử lý và không hiển thị.
CSSi(Cascading Style Sheets) là một ngôningữiđượcisửdụngiđể môitảcáchitrìnhibày của các tàiiliệuiHTML CSS cho phép bạn kiểm soát bố cục, màu sắc, phông chữ và nhiều khía cạnh khác của trang web, giúp tách biệt giữa nội dung và hình thức Điều này không chỉ làm cho việc thiết kế và bảo trì trang web dễ dàng hơn mà còn cải thiện trải nghiệm người dùng
Có nhiều lý do để sử dụng CSS trong thiết kế web Đầu tiên, CSS giúp tách biệt nội dung và hình thức, làm cho mã HTML trở nên gọn gàng và dễ đọc hơn Thứ hai, CSS cung cấp các công cụ tốt để kiểm soát bố cục của trang web, từ những căn chỉnh đơn giản đến các bố cục phức tạp Thứ ba, CSS giúp duy trì một thiết kế nhất quán trên nhiều trang của một trang web, cho phép bạn thay đổi kiểu dáng của toàn bộ trang web bằng cách chỉnh sửa một tệp CSS duy nhất Thứ tư, CSS có thể giảm kích thước tệp HTML bằng cách tách các kiểu dáng ra khỏi mã HTML, giúp trang web tải nhanh hơn Cuối cùng, CSS cho phép bạn tái sử dụng các quy tắc kiểu dáng trên nhiều trang và phần tử khác nhau, làm cho việc quản lý và cập nhật trang web trở nên dễ dàng hơn
CSS bao gồm ba phần chính: vùng chọni(selector), thuộc tínhi(property) và giá trị (value) Vùng chọnixáciđịnhicác phần tử HTML mà các quy tắc CSS sẽ áp dụng Thuộc
19 tính mô tả những khía cạnh nào của phần tử sẽ được thay đổi, và giá trị xác định giá trị của thuộc tính
- Vùngichọn (selector): Làicáchixáciđịnhicácithẻ HTML dựa trênicấu trúc phânicấp Vùngichọnicóithể đượcitạoithànhidựaitrêninhiều yếu tố như định danh (id), tên lớp (class), …
- Thuộc tính (property): Có thể thay các yếu ở các thẻ HTML trong vùng chọn
- Giá trị (value): Mỗiithuộcitính yêuicầu một giáitrị khácinhau Đó có thể là một từ khóaiđịnhisẵn (như none, block), mộtitênimàu hoặcimã màu (ví dụ: black, white,
#000, #FFFFFF), hoặcimộtigiá trịikíchithướcitính bằngiđơnivị px, em, rem, %
JavaScript là một ngôn ngữ lập trình kịch bản, được sử dụng chủ yếu để tạo các ứng dụng web tương tác Nó được phát triển bởi Brendan Eich, một lập trình viên tại Netscape Communications Corporation, và lần đầu tiên được phát hành vào năm 1995
JavaScript là một ngôn ngữ lập trình bậc cao, có nghĩa là nó sử dụng các khái niệm trừu tượng như biến, hàm và đối tượng Nó cũng là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, có nghĩa là nó cho phép các lập trình viên tạo các đối tượng có thể được sử dụng lại và tái sử dụng
JavaScript được hỗ trợ bởi hầu hết tất cả các trình duyệt web hiện đại, bao gồm Chrome, Firefox, Edge và Safari Điều này làm cho nó trở thành một ngôn ngữ lập trình phổ biến cho việc tạo các ứng dụng web
JavaScript có thể được sử dụng để thực hiện nhiều loại nhiệm vụ khác nhau trên các trang web, bao gồm:
- Thêm tính tương tác vào các trang web, chẳng hạn như cho phép người dùng nhấp chuột vào các nút hoặc kéo và thả các đối tượng
- Tạo các hiệu ứng đồ họa, chẳng hạn như hoạt ảnh hoặc hiệu ứng chuyển tiếp
- Xử lý dữ liệu, chẳng hạn như kiểm tra dữ liệu nhập của người dùng hoặc tính toán các phép toán
Có hai loại JavaScript chính:
- JavaScript phía máy khách: Đây là loại JavaScript phổ biến nhất và được sử dụng để chạy các tập lệnh trên máy khách, tức là trên trình duyệt của người dùng JavaScript phía máy khách được sử dụng để thêm tính tương tác vào các trang web và tạo các hiệu ứng đồ họa
- JavaScript phía máy chủ: Đây là loại JavaScript được sử dụng để chạy các tập lệnh trên máy chủ, tức là trên máy chủ web nơi lưu trữ trang web JavaScript phía máy chủ thường được sử dụng để xử lý dữ liệu và tạo các API
JavaScript mang lại nhiều lợi ích cho việc phát triển web, bao gồm:
- Tính tương tác: JavaScript cho phép các lập trình viên tạo các trang web tương tác, nơi người dùng có thể tương tác với trang web theo nhiều cách khác nhau
- Hiệu suất: JavaScript là một ngôn ngữ lập trình hiệu quả, có nghĩa là nó không làm chậm tải trang web
- Khả năng mở rộng: JavaScript có thể được mở rộng bằng cách sử dụng các thư viện và khuôn khổ, điều này cho phép các lập trình viên tạo các ứng dụng web phức tạp hơn
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
YÊU CẦU NGƯỜI DÙNG
Xây dựng hệithống IoT bao gồm có hai Node và một MCU giao tiếp với nhau bằng công nghệ Lora ở khoảng cách xa Ở hai Node có nhiệm vụ thực hiện thu thập thông số môi trường thông qua các cảm biến độiẩm,nhiệtiđộ, độiẩmiđất và điềuikhiểnicácithiếtibị điện bằng nút nhấn, đồng thời có khả năng nhận tín hiệu điều khiển từ Webserver Ở MCU có nhiệm vụ thu thập tất cả các thông số môi trường từ hai Node gửi dữ liệu điều khiển đến hai Node và cập nhật giá trị thông số nhận được lên trên Webserver và màn hình LCD TFT Cung cấp cho người dùng hai chế độ hoạt động thủ công và tự động: chếiđộithủicông thìingườiidùng có thể điềuikhiểnicácithiếtibịithôngiqua Webserver và nút nhấn ở tại Node Chếiđộitựiđộngicácithiếtibịisẽ tự hoạt động dựa trên các giới hạn thông số đã được cài đặt trên Website.
THIẾT KẾ KIẾN TRÚC
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Dưới đây là hình 3.1 mô tảisơiđồikhốiihệithốngigồmicácikhối có các chức năng khác nhau ghép nối lại theo nhiều hướng khác nhau
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
3.2.2 Chức năng của từng khối
Khối xử lý trung tâm: Truyền nhận dữ liệu với hai Node qua công nghệ Lora Nhận dữ liệu thu thập được từ các cảm biến ở hai Node sau xử lý dữ liệu để gửi lên khối lưu trữ cloud và nhận dữ liệu điều khiển các thiết bị điện từ Cloud để gửi đến điều khiển thiết bị ở hai Node
Khối xử lý ở 2 Node: Khốiicóichứcinănggiámisátvàđiềuikhiển cácithiếtibị trong khu vựciđồngithời gửiidữiliệu về bộ xử lý trungtâm Khốiicũngithựcihiện cácilệnh điềuikhiển nhậniđượcitừibộiđiềuikhiểnitrungitâmigửiixuống
Khối thu phát LORA: Khốiicóichứcinănginhậnidữiliệu từ viiđiềuikhiển và truyềninhận dữiliệuivớiicáciLoRaikhácithôngiquaisóngiRF
Khối thu thập dữ liệu: KhốinàyđặttạicácNodecónhiệmvụthực hiệnviệcthuthập các dữ liệu nhận được thông qua cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất cho vi điều khiển ở Node
Firebase: Thực hiện việc lưu trữ dữ liệu đã được xử lý và gửi lên ở khối xử lý trung tâm, đồng thời cũng có nhiệm vụ xuất dữ liệu khi cần để điều khiển thiết bị ngoại vi hay là tác động lên thông số của Web
Webserver: Là trình duyệt Web cho phép ngườiidùngicóithể quan sát được cácithôngisố môi trường và điềuikhiểnithiếtibịitừ xaithôngiqua kết nối Internet
Khối thiết bị: Là các thiết bị điện trong khu vườn có nhiệm vụ tác động làm thay đổi các thông số môi trường để phù hợp với các điều kiện sống của cây trồng
Khối điều khiển: Là các nút nhấn được đặt tại cái Node có nhiệm vụ tác động làm thay đổi trạng thái hoạt động của các thiết bị điện tại đó
Khối hiển thị: Được đặt tại MCU hiểnithịicácithôngisốimôiitrường và trạngithái thiết bị đặt tại các Node
Khối nguồn: Cung cấp nguồn 1 chiều để cho toàn bộ hệ thống hoạt động bao gồm vi điều khiển trung tâm, các thiết bị ngoại vi và các thiết bị thu thập dữ liệu
THIẾT KẾ TỪNG KHỐI
3.3.1 Khối xử lý trung tâm
Vi điều khiển tại MCU
- Có chức năng kết nối với các thiết bị ngoại vi, thu thập dữ liệu nhận được và xử lí tín hiệu nhận được đó từ khối thu thập dữ liệu
- Module có khả năng thu phát wifi để tiện cho việc gửi dữ liệu lên Web và điều khiển
- Nguồn cấp nằm trong khoảng 5V
Nhằm đáp ứng những yêu cầu đưa ra ở trên người thực hiện chọn ESP32-WROOM-32 làm bộ xử lý trung tâm cho hệ thống Đây là phiên bản module ESP32 phổ biến nhất, tích hợp sẵn WiFi và Bluetooth Nó có chứa bộ nhớ Flash, RAM, và các link kiện cần thiết khác chủ yếu được dùng trong hệ thống IoT
- Loại: Module Wifi và Bluetooth
- Điện áp nguồn (USB): 5V DC
- Điện áp vào/ra: 3.3V DC
- Hiệu suất hoạt động: 600DMIPS
- Công suất tiêu thụ: 5μA khi ở chế độ ngủ
- Tần số hoạt động: 240MHz
- Wifi: hỗ trợ chuẩn 802.11 B/g/n/E/I (802.11n @2.4 GHz 150 Mbit/s)
- Bluetooth: hỗ trợ Bluetooth 4.2 BR/EDR BLE
- Bộ nhớ: ROM 448 Kbyte, SRAM 520 Kbyte, SRAM trên RTC 6 Kbyte và Hỗ trợ QSPI cho chip Flash/SRAM
- Bảo mật: hỗ trợ các chuẩn bảo mật IEEE 802.11, bao gồm WPA/WPA2, WFA
- GPIO kĩ thuật số: 24 chân
- Analog: ADC 12 bit loại SAR, hỗ trợ đo lường trên 18 kênh, một số chân hỗ trợ một bộ khuếch đại với lập trình tăng
Vi điều khiển tại Node
- Có chức năng kết nối với các cảm biến, các thiết bị ngoại vi mà truyền nhận dữ liệu thông qua giao thức LoRa
- Cóithểisửidụng trựcitiếp với trình biênidịch củaiArduino để lậpitrình và nạpicode
- Nguồn cấp nằm trong khoảng 5V
Nhằm đáp ứng nhu cầu trên người thực hiện quyết định chọn Module Arduino Nano làm bộ xử lý trung tâm tại cái Node
Arduino Nano là một vi điều khiển có kích thước nhỏ gọn và dễ dàng sử dụng được phát triển dựa trên vi điều khiển Atmega328P Arduino Nano có 14 chân digital input/output (IO), 8 chân analog input, 16MHz bộ xung clock, 32Kb bộ nhớ flash cho lưu trữ chương trình và 2KB bộ nhớ SRAM để lưu trữ dữ liệu trong quá trình chạy chương trình Có thể giao tiếp với máy qua cổng kết nối USB
- Điện áp hoạt động: 5 VDC
- Dòng điện tiêu thụ: 30mA
- Điện áp giới hạn: từ 6 đến 20 VDC
- Điện áp khuyên dùng: 7 - 12 VDC
- Số chân Digital I/O: 14 (6 chân PWM)
- Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40 mA
- Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader
- Dòng ra tố đa 3.3V: 50mA
3.3.2 Khối thu phát RF LoRa
Nhằm mục đích để truyền và nhận dữ liệu giữa hai vi điều khiển ở Gateway và ở Node ở khoảng cách xa, tiết kiệm năng lượng người thực hiện quyết định chọn Module SX1278 E32-433T20D thu phát RF LoRa UART 433MHz 3000m Module của nhà sản xuất SEMTECH sử dụng chip SX1278 chuẩn giao tiếp LoRa có thể truyền nhận dữ liệu đến 3000m (đối với điều kiện lý tưởng)
Mạch thu phát Lora được tíchjhợpjchuyểnjđổi giaojtiếpjSPI củajSX1278jsangjUART giúpjviệcjgiaojtiếp và sửjdụng trở nên đơn gian Chỉ cần kết nối với phần mềm của nhà sản xuấtjđểjcấujhìnhjđịajchỉ, tốcjđộjvàjcôngjsuấtjtruyềnjlàjcójthểjsửjdụng
Hình 3.4 Module RF SX1278 Lora E32 433T20D 433Mhz 3000m
- Điện áp hoạt động: 3.3 – 5.5 VDC
- Tốciđộitruyền: từ 0.3 đến 19.2 Kbpsi(mặciđịnhi2.4 Kbps)
- GiaoitiếpiUART, Dataibitsi8, Stopibits 1, Parityinone, tốciđộitừ 1200 đến115200
- Dung lượng bộ nhớ đệm: 512 bytes
3.3.3 Khối thu thập dữ liệu
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Để tiện theo dõi cho quá trình phát triển của cây trồng với mức nhiệt độ lý tưởng cho cây dâu tây dao động từ 18 - 22°C Mức độ ẩm không khí cần để cây dâu tây phát triển tốt nhất là từ 60% - 80%
Với các thông số kỹ thuật phù hợp với việc làm mô hình hệ thống người thực hiện sẽ chọn DHT11 để làm cảm biến đojnhiệtjđộ và độjẩm cho hệ thống.
Hình 3.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Bảng 3.1 Sơ đồ chân DHT11
Chân Ký hiệu Mô tả
1 Vcc Nguồn điện hoạt động 3.5 – 5V
2 Data Đầujra của nhiệtjđộjvàjđộjẩm thôngjquajdữjliệujnốijtiếp
3 Ground Kết nối với GND của mạch
- Điện áp hoạt động: từ 3V đến 5VDC
- Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire
- Độ ẩm đo được: từ 20% đến 90% RH(sai số 5%RH)
- Nhiệt độ đo được: từ 0 đến 50 độ C (sai số 2 độ C)
- Tần số lấy mẫu: 1Hz (1 giây / lần)
- Kích thước: 28mm x 12mm x10mm
Cảm biến độ ẩm đất
Hỗ trợ việc tưới nước: Cung cấp thông tin về mức độ ẩm của đất, giúp người nông dân điều chỉnh lịch trình tưới nước một cách chính xác hơn, tránh tình trạng quá tưới hoặc thiếu nước
Giúp theo dõi tình trạng sức khỏe của cây trồng: Độ ẩm đất đóng vai trò quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng Việc theo dõi mức độ ẩm sẽ giúp người nông dân biết khi nào cần tưới nước
Người thực hiện chọn Module cảm biến độ ẩm đất điện dung để phục phụ cho hệ thống.Cảm này có đầu ra analog là loại cảm biến độ ẩm đất mới, được thiết kế đánh cho Arduino Cảm biến điện dung với độjbềnjvà tuổijthọ cao hơn nhiều các loạijcảmjbiến điện trởjthôngjthường
Hình 3.6 Cảm biến độ ẩm đất điện dung
Bảng 3.2 Sơ đồ chân Cảm biến độ ẩm đất
Chân Ký hiệu Mô tả
1 Vcc Nguồn điện hoạt động 3.3V-5V
2 A0 Đầu ra tiến hiệu Analog
- Điệnjáp đầu ra: từ 0 đến 3VDC
- Điện áp làm việc: từ 3.3 đến 5.5VDC
- Kích thước: 98 x 23mm (Dài x Rộng)
Bơm nước Để giúp cung cấp độ ẩm đất thích hợp cho cây trồng người thực hiện chọn Bơm nước chìm 5V để phục vụ cho mô hình đề tài Đây là loại bơm nước nhỏ gọn, có mức điện áp hoạt động thấp thích hợp trong các mô hình học tập và nghiên cứu
Hình 3.7 Bơm nước mini Dc
- Mức đẩy nước tối đa: 0,3m - 0,8m
- Khả năng bơm: 1.2 - 1.6 lít/phút
Trong hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm sử dụng web và ESP32, một relay có thể được sử dụng như một thành phần quan trọng đểjđiềujkhiểnjcácjthiếtjbịjngoạijvi hoặc hệ thống liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất
Một relayjlà mộtjcôngjtắcjđiệnjtử có khảjnăng điềujkhiển các thiết bị điện thông qua tínjhiệujđiềujkhiểnjtừ mạch điện tử như ESP32 Relay hoạt động bằng cách sử dụng một tín hiệu điều khiển nhỏ để kích hoạt một cuộn dây điện từ bên trong, từ đó tạo ra một nguồn điện lớn hơn để kích hoạt các thiết bị ngoại vi
Trong hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất, relay có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị như bơm nước, quạt, hút Khi các thông số môi trường vượt ngưỡng
33 đã cài đặt ESP32 có thể gửi tín hiệu điều khiển đến relay để bật hoặc tắt các thiết bị ngoại vi tương ứng hoặc người dùng cũng có thể tùy ý bặt tắt các thiết bị
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V - 10A hoặc DC30V - 10A
- Có đèn tín hiệu báo đóng ngắt
- Có thể chọn mức tín hiệu kích mức 0 hoặc 1 thông qua jumper
Bảng 3.3 Sơ đồ chân Relay
Chân Kí hiệu Mô tả
1 VCC Cung cấp điện dương (Vcc)
2 GND Nguồn điện âm (GND)
3 CH Ngõ vào kích relay (0V hoặc 5V)
Với mục đích kiểm soát nhiệt độ và điều hòa không khí duy trì môi trường thích hợp cho việc phát triển cây dâu tây người thực chọn Quạt DC 5v để thực hiện tác vụ này
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tại MCU
Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý tại Node
3.4.2 Thiết kế mạch PCB
Hình 3.16 Lớp bottom mạch PCB của Node
Hình 3.17 Sơ đồ bố trí linh kiện chế độ 3D của Node
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG
SaujkhijđãjthiếtjkếjPCB và tiếnjhànhjthi công mạch Người thực hiện thijcôngjmạch theojphươngjphápjthủjcông, sau khi in mạch tiến hành cho ăn mòn, khoan lỗ linh kiện, gắn linh kiện và hàn mạch
Hình 4.1 Hình ảnh bên trong MCU Hình 4.2 Hình ảnh mặt trên MCU Ở MCU có sử dụng màn hình LCD TFT 2inch giúp người dùng có thể xem được các thông số môi trường và trạng thái hoạt động của thiết bị điện tại 2 Node
Hình 4.3 Hình ảnh board của Node sau khi hoàn thành
Sau khi đã kiểm tra hoạt động của mạch người thực hiện dùng tấm Foam có độ dày 0.5cm để ghép lại làm mô hình cho hệ thống
Hình 4.4 Mô hình sau khi hoàn thiện
Hình 4.5 Hình ảnh bên trong mô hình
Hình 4.6 Hình ảnh mặt bên của mô hình
KẾT QUẢ THIẾT KẾ WEBSERVER
Với mục đích tạo ra một trang web thân thiện với người dùng, có khả năng tương tác và hỗ trợ đăng nhập cho người dùng Người thực hiện đã xây dựng một trang web với mục tiêu cung cấp tính năng cho phép người dùng xem các thông số môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất, ngoài ra còn phép người dùng điều khiển thiết bị từ xa
Khi khởi động trình duyệt hệ thống sẽ yêu cầu người đăng nhập địa chỉ Email và mật khẩu đăng nhập trước khi vào giao diện chính
Hình 4.7 Giao diện đăng nhập
Nếu người dùng đăng nhập sai địa chỉ Email hoặc mật khẩu trình duyệt sẽ thông báo và yêu cầu người dùng thử lại
Hình 4.8 Giao diện đăng nhập thông báo khi người dùng đăng nhập sai thông tin
Sau khi đã đăng nhập thành công trang Web sẽ đi đến giao diện chính cho người sử dụng
Hình 4.9 Giao diện của trang Web sau khi đăng nhập thành công
Hình 4.10 Giao diện Web trong phần Điều khiển thiết bị
1 – Vườn 1: cho người dùng biết các thông tin được hiển thị đang thuộc dữ liệu của vườn 1, tương tự nếu là Vườn 2 thì cho người dùng biết các thông tin đang thuộc dữ liệu của vườn 2
2 – Vườn 1 Vườn 2 Đăng xuất: cho phép người dùng bấm chọn để có thể di chuyển tới trang dữ liệu của vườn 1, vườn 2 hoặc đăng xuất khỏi trình duyệt
3 – Hiển thị thông tin về các giá trị của nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất và năng lượng
4 – Nút nhấn cho phép người dùng chuyển đổi giữa 2 chế độ thủ công và tự động
5 – Hiện thị tên và trạng thái hoạt động của thiết bị, trong phần BẬT/TẮT THIẾT BỊ cho phép người dùng thao tác để bật hoặc tắt thiết bị cần sử dụng
6 – Người dùng có thể nhấn chọn để xem thêm thông tin chi tiết trong phần thông số môi trường
Khi người dùng bấm chọn vào nút thủ công trong phần 4 chú thích bên trên hệ thống sẽ chuyển sang chế độ tự động
Hình 4.11 Giao diện Web ở chế độ tự động Ở chế độ tự động người dùng có thể nhập giá trị là số tự nhiên và không nhập được ký tự vào các ô nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất để thiết lập giá trị ngưỡng giới hạn cho các thông số này cho phép các thiết bị tự động hoạt động giữa trên giá trị ngưỡng đã cài đặt
Sau khi nhập giá trị vào các ô tương ứng người dùng bấm vào ô Đặt giá trị để thiết lập, lúc này hệ thống sẽ thông báo để người dùng xác nhận lại cài đặt Nếu bấm Xác nhận các giá trị mới sẽ được thiết lập ngược lại nếu bấm Đóng hệ thống sẽ giữ lại giá trị trước đó
Hình 4.12 Hệ thống thông báo xác nhận khi người dùng thay đổi giá trị ngưỡng giới hạn
55 Để xem thêm thông tin của mỗi thông số môi trường người dùng có thể vào mục thông số môi trường chọn vào thông số cần xem
Hình 4.13 Giao diện thông tin của nhiệt độ vườn 1
Hình 4.14 Giao diện thông tin của độ ẩm không khí vườn 1
Hình 4.15 Giao diện thông tin của độ ẩm đất vườn 1
