Với sự phát triển của công nghệ cảm biến và Internet of Things IoT, việc áp dụng các giải pháp tự động hóa vào hệ thống tưới tiêu trở nên khả thi hơn bao giờ hết.. Một trong những công n
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUAT - CONG NGHE CAN THO
KHOA KY THUAT CO KHi
BAO CAO DO AN
HE THONG GIAM SAT VA DIEU KHIEN TƯỚI TIỂU
THONG MINH CHO CAY TRONG
Phạm Nguyễn Bá Nghiệp
Phạm Hữu Luân
Nguyễn Thành Trước 2100947
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiên và tự động hóa
Cần Thơ, Ngày tháng .năm 2024
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi tên là Phạm Nguyễn Bá Nghiệp, Phạm Hữu Luân và Nguyễn Thành Trước sinh viên ngành, Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa khóa 2021 Chúng tôi xin cam đoan đồ án tại này là công trình nghiên cứu thực sự của bản thân chúng tôi với sự hướng dẫn của thầy ThS Hồ Thế Anh
Các thông tin được sử dụng tham khảo trong đồ án được thu thập từ các nguồn đáng tin cậy, đã được kiêm chứng, được công bố rộng rãi và được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng ở phần “danh mục tài liệu tham khảo” Các kết được trình bày trong dé an nay là do chính chúng tôi thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và không trùng lắp với các đề tài khác đã được công bồ trước đây
Chúng tôi xin lẫy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này
Cần Thơ, ngày tháng .năm 2024 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện
Phạm Hữu Luân Nguyễn Thành Trước
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Trước hết, cho phép chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Hồ Thế Anh giảng viên khoa kĩ thuật cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ Trong suốt chặng đường học tập, chúng em luôn nhận được sự hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và tạo động lực từ thầy Thầy không chỉ trang bị cho chúng em những kiến thức chuyên môn sâu rộng, mà còn rèn luyện cho chúng em những kỹ năng thực hành, giải quyết vẫn đề rất cần thiết trong công việc tương lai Bên cạnh
đó, thầy luôn tạo điều kiện và động viên chúng em tham gia các hoạt động ngoại khóa như hội thảo, tọa đàm, giúp mở rộng tầm nhìn và tiếp cận với những kinh nghiệm thực tế Với các bạn sinh viên, chúng ta luôn có những khoảnh khắc học tập, thảo luận, chia sẻ và cùng nhau hoàn thành những nhiệm vụ được giao Những mỗi quan hệ bạn bè, sự hỗ trợ lẫn nhau đã trở thành những kỷ niệm đáng nhớ trong suốt hành trình này
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giảng viên và các bạn sinh viên
Sự nỗ lực, cộng tác và động viên của tất cả chúng ta chính là nền tảng quan trong dé chúng em hoàn thành tốt chương trình học, chuẩn bị tốt cho tương lai Chúc thầy luôn mạnh khỏe và chúc các bạn sinh viên đạt được nhiều thành công !
Sinh viên thực hiện Phạm Nguyễn Bá Nghiệp Phạm Hữu Luân Nguyễn Thành Trước
Trang 4NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
¬ nedy tháng HĂM
NGƯỜI HƯỚNG DÂN
( ký tên)
Trang 5CHUONG 1 : TONG QUAN
1.1 Giới thiệu tổng quan
1.1.1 Giới thiệu đề tài
Trong những năm gần đây, nông nghiệp thông minh đã trở thành một xu
hướng nỗi bật, nhằm tối ưu hóa sản xuất và giảm thiểu tài nguyên Biến đổi khí hậu,
sự gia tăng dân số và nhu cầu thực phẩm đang gia tăng đã khiến cho việc quản lý tài nguyên nước trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết Tưới tiêu là một phần quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, đóng vai trò quyết định đến năng suất cây trồng Tuy nhiên, việc tưới tiêu truyền thống thường không hiệu quả, đẫn đến lãng phí nước và không đáp ứng được nhu cầu thực sự của cây trồng
Với sự phát triển của công nghệ cảm biến và Internet of Things (IoT), việc áp dụng các giải pháp tự động hóa vào hệ thống tưới tiêu trở nên khả thi hơn bao giờ hết Một trong những công nghệ hứa hẹn là việc sử dụng cảm biến độ âm đất kết hợp với vi điều khiến như Arduino uno, cho phép người nông dân theo đõi và điều khiên hệ thống tưới tiêu một cách thông minh
Hệ thống giám sát và điều khiến tưới tiêu thông minh không chỉ giúp tối ưu
hóa lượng nước sử dụng mà còn mang lại nhiều lợi ích khác Nó cho phép người nông dân kiểm soát các yếu tố môi trường, như độ âm và nhiệt độ, từ xa, giúp họ đưa ra các quyết định kịp thời và chính xác hơn Hệ thông này cũng có khả năng ghi nhận và phân tích dữ liệu, cung cấp cái nhìn tổng quát về tình trạng cây trồng, từ đó
hỗ trợ trong việc lập kế hoạch sản xuất
Bên cạnh đó, việc ứng dụng công nghệ này còn giúp nâng cao năng suất và chất lượng nông sản Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây trồng được tưới nước đúng cách sẽ phát triển khỏe mạnh hơn, ít bị sâu bệnh hơn, và có khả năng kháng lại các tác nhân gây hại tốt hơn Điều này không chỉ mang lại lợi ích kính tế cho người nông dân mà còn đóng góp vào sự phát triên bên vững của nên nông nghiệp
Trang 6Với những lý do trên, đồ án "Hệ thống giám sát và điều khiến tưới tiêu thông minh cho cây trồng" sẽ được triển khai với mong muốn mang lại một giải pháp hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng sản phâm nông nghiệp và bảo vệ tài nguyên nước Hệ thống này không chỉ áp dụng cho các trang trại lớn mà còn phù hợp với hộ gia đình, tạo điều kiện thuận lợi cho mọi đối tượng trong việc chăm sóc cây trồng
1.1.2 Lý do chọn đề tài
Việc lựa chọn đề tài "Hệ thống giám sát và điều khiến tưới tiêu thông minh cho cây trồng" xuất phát từ nhiều lý do thiết thực và ý nghĩa Đầu tiên, trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu, sự gia tăng dân số và áp lực về nguồn nước, giải pháp tưới tiêu thông minh trở nên cấp bách hơn bao giờ hết Sự cần thiết phải tiết kiệm nước và tối ưu
hóa quy trình sản xuất nông nghiệp là điều không thể phủ nhận
Thứ hai, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ cảm biến và hệ thống tự động hóa, chúng ta đang ở thời điểm tuyệt vời đề áp dụng những công nghệ tiên tiễn này vào nông nghiệp Việc sử dụng Arduino kết hợp với cảm biến độ âm không chỉ giúp theo dõi môi trường một cách chính xác mà còn mang lại cảm giác thoải mái
và an tâm cho người nông dân Họ sẽ không còn phải lo lắng về việc tưới tiêu không hiệu quả, mà có thế tập trung vào việc chăm sóc cây trồng một cách hiệu quả hơn
Hơn nữa, việc áp dụng hệ thống này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho người nông dân mà còn góp phần bảo vệ môi trường bền vững Giảm thiêu lãng phí nước và nâng cao năng suất cây trồng sẽ giúp duy trì hệ sinh thái và bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá cho các thế hệ tương lai
Cuối cùng, đề tài này còn mang trong mình sứ mệnh giáo dục và nâng cao nhận thức về nông nghiệp thông minh Nó không chỉ giúp sinh viên có cơ hội thực hành kỹ năng lập trình và kỹ thuật mà còn tạo ra một cộng đồng những người nông dân thông thái, có thê vận dụng công nghệ vào sản xuất nông nghiệp một cách hiệu quả Chúng ta đang đứng trước một cơ hội tuyệt vời để tạo ra sự thay đôi tích cực trong lĩnh vực nông nghiệp, và đây chính là lý do mạnh mẽ thúc đây việc chọn lựa
dé tai nay
Trang 71.1.3 Mục tiêu đề tài
Xây dựng hệ thống tưới tiêu tự động: Thiết kế và triên khai một hệ thống giám
sát và điều khiến tưới tiêu cho cây trồng sử dụng Arduino và cảm biến độ âm, nhằm
tự động hóa quá trình tưới nước theo nhu cầu thực tế của cây
Giám sát độ âm đất và môi trường: Cung cấp khả năng giám sát liên tục về độ
âm của đất, nhiệt độ và các yêu tố môi trường khác thông qua các cảm biến, giúp người nông dân theo dõi tình trạng cây trồng một cách hiệu quả
Cải thiện hiệu quả tưới tiêu: Tối ưu hóa lượng nước sử dụng bằng cách chỉ tưới khi cần thiết, từ đó giảm thiêu lãng phí tài nguyên nước và chỉ phí vận hành
Phát triển giao điện người dùng: Tạo ra một giao điện đơn giản và dễ sử dụng dé người dùng có thể theo đõi và điều chỉnh hệ thống từ xa, bao gồm cả việc nhận thông báo về tình trạng hệ thống
Đánh giá hiệu quả hệ thống: Thực hiện các thử nghiệm để đánh giá hiệu quả
của hệ thống trong điều kiện thực tế, từ đó rút ra các bài học và cải tiễn cho những phiên bản sau
Nâng cao nhận thức về nông nghiệp thông minh: Góp phần nâng cao nhận thức và ứng dụng công nghệ trong sản xuất nông nghiệp, khuyến khích người nông dân áp dụng các giải pháp công nghệ mới vào việc chăm sóc cây trồng
Khuyến khích phát triển bền vững: Tạo ra một mô hình tưới tiêu thông minh
có thể áp dụng rộng rãi, hỗ trợ phát triển nông nghiệp bền vững, bảo vệ môi trường
và tiết kiệm tài nguyên nước
Thông qua những mục tiêu này, đề tài không chỉ nhằm phát triển một hệ thông
kỹ thuật mà còn hướng tới việc cải thiện thực tiễn nông nghiệp và nâng cao chất lượng cuộc sống của người nông dân
1.1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài
Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thông giám sát và điều khiến tưới tiêu cho các loại cây trồng trong môi trường nông nghiệp, bao gồm nhưng không giới hạn ở rau, hoa màu và cây ăn trái Công nghệ sử dụng:
Sử dụng Arduino làm vi điều khiến chính để quản lý và điều khiến hệ thống
Trang 8Các cảm biến độ âm đất, nhiệt độ và độ âm không khí sẽ được tích hợp vào hệ thống dé thu thập dữ liệu
Các linh kiện điện tử khác như bơm nước, relay và mạch điều khiến
Khu vực áp dụng:
Hệ thống có thế được thir nghiệm và triển khai trên các mô hình nhỏ, như vườn cây gia đình hoặc các trang trại quy mô vừa và nhỏ
Đề tài cũng có thê được mở rộng đề áp dụng cho các trang trại lớn hơn trong tương lai
Thời gian nghiên cứu:
Nghiên cứu sẽ diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định, từ việc thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thông
Giới hạn nghiên cứu:
Đề tài không bao gồm việc phát triển hệ thống cấp nước từ nguồn, mà chỉ tập trung vào việc tưới tiêu tự động dựa trên độ âm đất
Các yêu tố môi trường khác như ánh sáng, pH đất, và dinh dưỡng cây trồng sẽ không được nghiên cứu sâu trong đề tài này, mặc dù chúng có thê ảnh hưởng đến sự phát triển của cây
Đánh siá hiệu quả:
Hệ thống sẽ được đánh giá dựa trên khả năng tiết kiệm nước, hiệu suất tưới tiêu và sự phát triển của cây trồng trong điều kiện thực tế
Xây dựng giao diện người dùng:
Thiết kế giao diện người dùng thân thiện, có thể là ứng dụng đi động hoặc web, cho phép người dùng theo dõi các thông số như độ âm đất, nhiệt độ và trạng thái hoạt động của hệ thống
Cung cấp các chức năng điều chỉnh hệ thống từ xa, cho phép người dùng thay đổi ngưỡng độ âm và cấu hình tưới tiêu theo nhu cầu
Thông qua phạm vi nghiên cứu này, đồ án hướng tới việc tạo ra một giải pháp thực tiễn có thể áp dụng hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời cung cấp
cơ sở cho những nghiên cứu sâu hơn trong tương lai
Trang 9CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU LINH KIỆN
2.1 Arduino UNO
Gidi thiéu vé Arduino UNO:
Arduino UNO la mét board vi diéu khién dia trén vi xt ly ATmega328P cua hang Microchip
Nó được thiết kế đề trở thành một nền tảng phát triển phần cứng va phan mềm đơn giản, linh hoạt và dễ sử dụng
Arduino UNO được sử dụng rộng rãi trong các dự án điện tử, Internet of Things (IoT) va robotics
Các thông số kỹ thuật chính:
Vi xu ly: ATmega328P, 8-bit, 16 MHz
Bộ nhớ: 32 KB flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM
Công I/O: 14 chan digital (6 chan PWM), 6 chan analog
Công giao tiếp: USB, UART, I2C, SPI Nguồn cấp: 7-I2V, USB
Các tính năng nỗi bật:
Dễ lập trình và sử dụng: Sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C+~ dựa trên Arduino IDE
Mã nguồn mở: Phần cứng và phần mềm đều được công bố mã nguồn mở Linh hoạt: Có thể mở rộng chức năng bằng cách kết nối các module và shield
Tích hợp USB: Cung cấp giao tiếp USB đề lập trình và cấp nguồn
Giá thành thấp: Board Arduino UNO có giá thành rất phù hợp cho các dự án Ung dung cia Arduino UNO:
Diéu khién thiét bi: Phat trién các hệ thống điều khiên và tự động hóa
Trang 10Prototyping và tinkering: Là nền tảng lý tưởng đề thử nghiệm và xây dựng các ý tưởng
loT và thiết bị thông minh: Sử dụng đề phát triển các thiết bị IoT đơn giản Giáo dục và nghiên cứu: Được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực giáo dục và nghiên cứu
Những ưu điểm và hạn chế:
* Ưu điểm:
x
Dễ sử dụng, lập trình đơn giản Giá thành hợp lý
Mã nguồn mở, cộng đồng lớn
Hỗ trợ rộng rãi các mô-đun và shield Hạn chế:
Tài nguyên phần cứng hạn chế (bộ nhớ, CPU)
Không thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu năng cao
Hinh | Arduino Uno va céng giao tiép 2.2 DHTII
Giới thiệu về DHTII:
Trang 11¢ DHTI1 1a mét cảm biến kết hợp nhiệt độ và độ âm, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử và loT
® Cảm biến nảy sử dụng một cảm biến điện dung để đo độ ẩm và một cảm biến
nhiệt độ NTC đề đo nhiệt độ
® DHTII có kích thước nhỏ gọn, dễ tích hợp và sử dụng
Thông số kỹ thuật chính:
® - Phạm vi đo nhiệt độ: 0°C ~ 50°C
® - Độ chính xác nhiệt độ: +2°C
® - Phạm vi đo độ âm: 20% ~ 90% RH
se - Độ chính xác độ âm: +5% RH
® - Điện áp hoạt động: 3.3V ~ 5V
¢ Giao tiếp: Serial Digital Các tính năng nỗi bật:
© Don gian va dé str dung: Chi can 4 chan két néi (VCC, GND, Data, NC)
¢ Tích hợp sẵn: Bao gồm cả cảm biến nhiệt độ và độ âm trong một module
¢ Ứng dụng rộng rãi: Phù hợp cho các dự án như điều khiển khí hậu, nông
nghiệp thông minh, hệ thống theo dõi môi trường, v.v
e - Giá thành thấp: Với giá chỉ vài chục nghìn đồng, DHTII rất phù hợp cho các
dự án
Cách kết nỗi và sử dụng DHTII:
e Két ndi 4 chan: VCC (3.3V-5V), GND, Data (tin hiéu doc), NC (không sử
dung)
e - Giao tiếp bằng chuẩn Serial Digital, si dụng các thư viện như DHT.h đề đọc
dữ liệu
® - Các bước đọc dữ liệu: Khởi tạo, yêu cầu đo, đợi và đọc giá trị nhiệt độ và độ
° Ứng dụng và hạn chế của DHTII:
Ứng dụng:
e©_ Theo dõi và điều khiển nhiệt độ, độ 4m trong các hệ thống điều hòa, nông nghiệp, Y tế, v.v