Trên cơ sở giải quyết các vấn đề lưu trữ, xử lý dữ liệu, thu thập, truy vấn thông tin và giám sát tình trạng tăng trưởng của lợn trong quá trình chăn nuôi theo thời gian thực, hệ thống g
Giới thiệu về tình hình nghiên cứu đề tài
Việt Nam, một quốc gia đang phát triển, có nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong thúc đẩy kinh tế Ngành này phụ thuộc vào kinh nghiệm sản xuất của nông dân nhưng lại chịu ảnh hưởng từ biến đổi khí hậu, dịch bệnh và ô nhiễm Hiện nay, mô hình trang trại nuôi đang phát triển mạnh, thu hút đầu tư để cung cấp thực phẩm cho thị trường, với chăn nuôi gia súc, gia cầm và lợn trở thành xu hướng thay thế cho phương thức truyền thống Tuy nhiên, việc sử dụng lao động trong sản xuất vẫn gặp khó khăn về chi phí và chất lượng chăm sóc Để tối ưu hóa hiệu quả đầu tư, cần cơ giới hóa và tự động hóa quản lý trang trại, kết hợp với công nghệ IoT để giám sát môi trường chăn nuôi và sức khỏe đàn lợn, hứa hẹn mang lại hiệu quả cao cho ngành chăn nuôi.
Tính cấp thiết của đề tài
Để phát triển nông nghiệp thông minh, cần kết hợp nhiều nghiên cứu và ứng dụng khác nhau Nhóm nghiên cứu nhận thấy việc áp dụng công nghệ IoT vào chăn nuôi lợn vẫn còn nhiều hạn chế, trong khi nhu cầu thực phẩm từ lợn ngày càng tăng Vì vậy, nhóm đã thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát chăn nuôi lợn sử dụng công nghệ IoTs” với mục tiêu phát triển giải pháp giám sát cung cấp điều kiện cần thiết cho đàn lợn Hệ thống cho phép điều khiển thiết bị ở chuồng trại, giảm thời gian theo dõi của người chăn nuôi Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ theo dõi sức khỏe đàn lợn từ xa qua Camera cảm biến nhiệt Chế độ ăn uống của lợn được tự động hóa, giúp người nuôi chỉ cần quản lý và kiểm tra Hệ thống cũng cung cấp ứng dụng điện thoại để theo dõi thông tin về nguồn gốc, tiêm phòng dịch bệnh và dư lượng kháng sinh, từ đó giúp người chăn nuôi chọn thời điểm xuất chuồng hợp lý, nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn thực phẩm, góp phần nâng cao uy tín ngành chăn nuôi Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu
Thực hiện, nghiên cứu các mục tiêu của đề tài như:
Thiết kế chi tiết và thi công mô phỏng hệ thống chuồng trại chăn nuôi lợn khép kín, áp dụng công nghệ IoT, cho phép tự động hóa điều khiển các thiết bị trong trang trại.
Hệ thống giám sát thông minh giúp người dùng theo dõi nhiệt độ và độ ẩm trong chuồng trại, đồng thời kiểm soát tình trạng ăn uống và thông tin chi tiết của từng lứa lợn.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Các nhiệm vụ mà nhóm cần phải thực hiện:
Hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra, thực hiện mô phỏng để kiểm tra mức độ thực tiễn của mô hình hệ thống
Phần lớn các thiết bị hoạt động dựa theo các yêu cầu điều khiển từ hệ thống do người dùng quản lí
Để thực hiện việc giám sát và điều khiển tự động các thông tin trong chuồng trại, việc thiết kế chi tiết và phát triển ứng dụng trên điện thoại là rất cần thiết.
Phương pháp nghiên cứu
Mô hình dự án được triển khai thông qua việc phân tích và kiểm tra thông tin từ các cảm biến Sau đó, các phương pháp tổng hợp thông số và kết quả đo đạc thực tế được áp dụng để phân tích, tính toán và điều chỉnh, nhằm tối ưu hóa quá trình hoạt động của hệ thống một cách hợp lý nhất.
Bố cục của đồ án
Báo cáo bao gồm 5 chương như sau:
Trong bài báo cáo này, chúng tôi sẽ giới thiệu về đề tài đã chọn, đồng thời nêu rõ lý do lựa chọn cũng như tầm quan trọng của nó Mục tiêu của bài viết sẽ được trình bày chi tiết, phù hợp với cấu trúc đã đề ra, nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc và toàn diện về vấn đề được thảo luận.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu về cơ sở lý thuyết của Internet vạn vật (IoTs) trong nông nghiệp, tập trung vào việc làm rõ khái niệm và các chuẩn truyền thông quan trọng áp dụng cho các mô hình IoTs Việc hiểu biết về các chuẩn này là cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất nông nghiệp và nâng cao hiệu quả sử dụng công nghệ trong lĩnh vực này.
Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống
Để phát triển hệ thống hiệu quả, cần xác định rõ ràng yêu cầu của người dùng và các yêu cầu kỹ thuật Dựa vào những yêu cầu này, nhóm sẽ tiến hành thiết kế chi tiết kiến trúc, hệ thống và mô hình phần cứng Quá trình này bao gồm việc vẽ sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, xây dựng thuật toán điều khiển và thiết kế cơ sở dữ liệu, trước khi tiến hành thi công phần cứng.
Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Trong quá trình kiểm tra và so sánh các thông số từ hệ thống, cần nêu rõ các kết quả đạt được Từ những kết quả này, chúng ta có thể rút ra nhận xét và đánh giá chi tiết về đề tài.
Chương 5: Kết luận và định hướng phát triển
Nêu ra được kết luận cũng như hướng nâng cấp, cải tiến hoặc dựa vào một số công nghệ mới để giúp đề tài đồ án phát triển hơn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mô hình IoTs trong nông nghiệp
Mô hình IoT trong chăn nuôi là chìa khóa để tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất Hệ thống này hoạt động dựa trên việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến được lắp đặt trong chuồng trại, giúp theo dõi các thông số quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, lượng thức ăn tiêu thụ và thân nhiệt của gia súc.
Dữ liệu từ các cảm biến sẽ được lưu trữ và phân tích để phát hiện sớm dấu hiệu bất thường, từ đó đưa ra khuyến nghị điều chỉnh môi trường và chế độ chăm sóc, nhằm tối ưu hóa sức khỏe và năng suất của đàn gia súc.
IoT cho phép tự động hóa điều khiển thiết bị như hệ thống điều hòa nhiệt độ và cấp phát thức ăn, nước uống, từ đó nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong chăn nuôi Nhờ vào những tính năng này, mô hình IoT đang đóng góp đáng kể vào việc tăng năng suất, chất lượng sản phẩm và lợi nhuận cho các trang trại.
Hình 2.1 Hình minh họa hệ thống nuôi lợn kết hợp IoTs
Các giao thức của chuẩn truyền thông
Các giao thức IoT cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp qua lại, chủ yếu thông qua hai phương pháp: giao tiếp giữa cổng và thiết bị, cũng như giữa đám mây và thiết bị hoặc trung tâm quản lý dữ liệu Trong đó, chuẩn truyền thông không dây là một phương pháp giao tiếp quan trọng, không cần thiết bị vật lý Giao tiếp không dây trong công nghệ IoT có nhiều ứng dụng đặc biệt, như được thể hiện trong sơ đồ cấu trúc bên dưới.
Hình 2.2 Cấu trúc giao tiếp cho mô hình mạng IoTs
Trong sự phát triển của công nghệ IoT, giao thức giao tiếp không dây đóng vai trò quan trọng, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người Phương pháp này có ứng dụng rộng rãi trong các mô hình IoT Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, phạm vi, yêu cầu băng thông, bảo mật, dung lượng, tiêu chuẩn và mức tiêu thụ năng lượng, chúng ta có thể lựa chọn phương pháp truyền thông không dây phù hợp nhất cho dự án của mình.
Bên dưới là một số phương pháp kết nối của giao thức truyền thông không dây
Bluetooth là công nghệ kết nối không dây tầm ngắn, cho phép truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị điện tử như laptop và điện thoại mà không cần dây cáp Công nghệ này giúp người dùng dễ dàng kết nối và chia sẻ thông tin trong khoảng cách gần.
Bluetooth được phân loại thành ba loại khác nhau dựa trên tầm phủ sóng và công suất:
Bluetooth theo loại 1: có tầm phạm vi phủ sóng gần 100 m và công suất hoạt động khoảng 100 mW
Bluetooth theo loại 2: có tầm phạm vi phủ sóng khoảng 10 m và công suất hoạt động khoảng 2,5 mW
Bluetooth theo loại 3: có tầm phạm vi phủ sóng khoảng 5 m và công suất hoạt động khoảng 1 mW
Các phiên bản của Bluetooth bao gồm:
Bluetooth 1.0: là phiên bản ban đầu với tốc độ kết nối khoảng 1 Mbps
Bluetooth 1.1: là phiên bản nâng cấp với tốc độ kết nối tương tự như Bluetooth 1.0
Bluetooth 1.2: hoạt động trên băng tần 2,4 GHz, cải thiện tốc độ kết nối, khả năng phát hiện và truyền dữ liệu
Bluetooth 1.2 + EDR: cải tiến bằng công nghệ Enhanced Data Rate (EDR), tăng tốc độ kết nối lên 2,1 Mbps
Bluetooth 2.0 + EDR: cải thiện tính ổn định và tốc độ truyền dữ liệu
Bluetooth 2.1 + EDR: nâng cấp từ Bluetooth 2.0, cải thiện hiệu năng và tiết kiệm năng lượng
Bluetooth 3.0 + HS: sử dụng công nghệ High Speed, đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 24 Mbps với tầm phủ sóng khoảng 10 m
Bluetooth 4.0: kết hợp các tính năng của Bluetooth 2.1 và Bluetooth 3.0, tăng tốc độ truyền dữ liệu và tiết kiệm năng lượng
Bluetooth 4.1: nâng cấp từ Bluetooth 4.0, cải thiện khả năng kết nối và giảm nhiễu sóng từ mạng 4G
Bluetooth 4.2: tăng tốc độ gấp 2,5 lần, tiết kiệm năng lượng, cải thiện bảo mật và hỗ trợ IPv6
Bluetooth 5.0: có tầm phủ sóng rộng hơn, tốc độ kết nối nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng so với Bluetooth 4.0
ZigBee là một chuẩn mở toàn cầu cho công nghệ truyền tải không dây, được thiết kế để sử dụng tín hiệu vô tuyến với năng lượng thấp, giúp tiết kiệm cho các mạng khu vực cá nhân Tiêu chuẩn này đã được ZigBee phát triển vào năm 1998 và thường được áp dụng trong các hệ thống như hệ thống sưởi, làm mát, nhà thông minh, cũng như các thiết bị y tế.
ZigBee, được hình thành từ sự kết hợp giữa ZigZag và Bee, mô phỏng cấu trúc tổ ong trong giao tiếp Tiêu chuẩn này chủ yếu được phát triển để cải thiện khả năng nhận diện và kết nối tự động giữa các thiết bị, yêu cầu thiết lập nhiều lớp khác nhau và tương thích với sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau.
Công nghệ ZigBee có khả năng truyền tín hiệu lên đến 75 mét từ trạm phát, với tiềm năng phát xa hơn nhờ vào các nút phát trong hệ thống Với khả năng truyền tải tín hiệu xa và ổn định, ZigBee đã trở thành lựa chọn phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, đặc biệt là trong các hệ thống nhà thông minh Dưới đây là những ưu điểm nổi bật khi sử dụng ZigBee.
Dễ dàng lắp đặt: Việc cài đặt các thiết bị sử dụng ZigBee rất đơn giản
Kết nối internet cho phép bạn điều khiển các thiết bị thông minh từ xa, bất kỳ đâu trên thế giới, giúp việc quản lý nhà thông minh trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.
Tiết kiệm năng lượng: ZigBee tiêu tốn rất ít năng lượng, giúp tiết kiệm điện tối đa
Khả năng mở rộng của hệ thống cho phép các thiết bị kết nối với nhau, tạo ra một vùng phủ sóng rộng lớn, giúp việc kết nối các thiết bị nhà thông minh trở nên dễ dàng hơn.
Sử dụng mã hóa AES-128: Đảm bảo độ bảo mật cao
Dễ dàng mở rộng: ZigBee có thể mở rộng tới 65,000 thiết bị trong cùng một hệ thống
ZigBee hoạt động ổn định trong môi trường có mật độ tín hiệu cao và nhiều nhiễu, nhờ vào khả năng đánh giá chất lượng tín hiệu, phát hiện năng lượng tiếp nhận và phân tích độ rõ của kênh.
Tuy nhiên, ZigBee cũng có một số nhược điểm:
Không thể phủ rộng toàn bộ nhà có diện tích lớn: Cần một thiết bị ZigBee Repeater để tăng độ phủ sóng
Khả năng xuyên tường kém: Nếu nhà có nhiều phòng, tín hiệu sẽ bị giảm
Độ ổn định không bằng thiết bị có dây: Đây cũng là nhược điểm chung của tất cả các loại sóng khác
Wi-Fi là một tập hợp các giao thức mạng không dây dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11, cho phép kết nối thiết bị trong mạng cục bộ và truy cập Internet mà không cần cáp mạng Nó cho phép các thiết bị điện tử chia sẻ dữ liệu trong phạm vi ngắn và cung cấp kết nối Internet cho các thiết bị này Nhiều địa điểm công cộng như sân bay, quán cà phê, thư viện và khách sạn đã trang bị Wi-Fi để đáp ứng nhu cầu truy cập Internet cho thiết bị di động trong phạm vi sóng của hệ thống.
Chuẩn 802.11 đây là chuẩn mạng không dây đầu tiên được IEEE ra mắt có tốc độ tối đa là 2Mbps trên băng tầng 2.4GHz
Chuẩn 802.11b được nâng cấp và có tốc độ tối đa lên đến 11 Megabit/s ở tần số 2,4 GHz
Chuẩn 802.11a được giới thiệu cùng năm với chuẩn 802.11b, nhưng nổi bật hơn nhờ hoạt động ở tần số 5 GHz, giúp giảm thiểu nhiễu từ các thiết bị khác Ngoài ra, tốc độ truyền dữ liệu của chuẩn 802.11a cũng nhanh hơn, đạt đến 54 megabit/s.
Chuẩn 802.11g hoạt động ở tần số 2,4 GHz giống như chuẩn 802.11b, nhưng nổi bật hơn nhờ công nghệ mã OFDM, cho phép tốc độ truyền dữ liệu đạt 54 megabit/s.
Chuẩn 802.11n, ra mắt vào năm 2009, hiện là chuẩn mạng không dây phổ biến nhất Chuẩn này hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 300 megabit/s và hoạt động ổn định trên cả hai băng tần 2,4 GHz và 5 GHz.
Chuẩn 802.11ac ra mắt từ năm 2013, dựa trên hoạt động trên băng tần 5 GHz, chuẩn 802.11ac có tốc độ cao tới 173 megabit/s
Chuẩn 802.11ad xuất hiện trên thị trường vào năm 2014, Chuẩn 802.11ad có khả năng hoạt động ở dải băng tần 60GHz và hỗ trợ tốc độ truyền 70 megabit/s
Chuẩn 802.11ax, hay còn gọi là Wifi 6, là phiên bản cập nhật mới nhất của công nghệ mạng không dây Kể từ khi ra mắt vào năm 2019, Wifi 6 đã mang lại cho người dùng trải nghiệm tuyệt vời với tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, hiệu suất năng lượng được cải thiện và dung lượng kết nối lớn hơn so với các chuẩn trước đây.
Nhắc đến ưu điểm của mạng wifi thì sẽ không thể kể đến những điểm nổi bật sau:
Tiện lợi và đơn giản, nhẹ nhàng hơn so với kết nối trực tiếp qua dây cáp truyền thống qua cổng RJ45
Người sử dụng có thể truy cập ở bất kỳ vị trí nào trong vùng phủ sóng mà
Router Wifi đóng vai trò trung tâm
Người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh và nâng cấp băng thông truy cập, mở rộng số lượng người dùng mà không cần phải nâng cấp Router hoặc dây kết nối, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với các kết nối dây vật lý.
Một số chuẩn truyền thông dữ liệu
2.3.1 Chuẩn kết nối giao tiếp của I2C
Chuẩn giao tiếp I2C tích hợp nhiều chức năng của UART và SPI, cho phép kết nối một master chính với nhiều slaves khác nhau Ngoài ra, I2C cũng hỗ trợ liên kết nhiều master để thực hiện các tác vụ điều khiển hiệu quả.
Giống như phương thức giao tiếp của UART, giao thức I2C sử dụng hai dây riêng biệt để truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị.
Hình 2.3 Sơ đồ mô tả kết nối cho giao thức của I2C
SDA: đường truyền để thực hiện quá trình về sự truyền nhận dữ liệu cho nhau giữa master và slave
SCL là đường truyền tín hiệu xung đồng hồ, hỗ trợ việc truyền nhận các bit dữ liệu dựa trên các khoảng thời gian đều đặn đã được thiết lập trước đó.
Hình 2.4 Đường truyền tín hiệu bus của I2C với các ngoại vi
Chuẩn giao tiếp I2C bao gồm một thiết bị chủ (Master) và nhiều thiết bị tớ (Slave) Dữ liệu được truyền nhận qua hai dây SDA và SCL, được kết nối với nguồn dương thông qua điện trở kéo lên Bus I2C hoạt động ở ba chế độ truyền khác nhau: chế độ tiêu chuẩn (standard mode), chế độ nhanh (Fast mode) và chế độ siêu tốc (High-Speed mode) Quá trình truyền nhận tín hiệu giữa Master và Slave diễn ra theo quy trình nhất định.
Master gửi một xung START đến tất cả các Slave báo hiệu bắt đầu quá trình truyền nhận
Master gửi 8 bit dữ liệu, bao gồm 7 bit của Slave, đến địa chỉ mong muốn, kèm theo 1 bit yêu cầu truyền hoặc nhận dữ liệu.
Tất cả các Slave nhận chuỗi 8 bit từ Master và so sánh bit địa chỉ được gửi với địa chỉ của chúng Nếu địa chỉ trùng khớp, Slave sẽ phản hồi bằng cách gửi xung ACK đến Master.
Quá trình truyền nhận dữ liệu giữa hai thiết bị diễn ra khi thiết bị Master gửi thông tin đến thiết bị Slave Nếu quá trình gửi thành công, thiết bị Slave sẽ phản hồi bằng cách gửi xung ACK.
Kết thúc quá trình truyền nhận bằng cách Master gửi xung STOP
2.3.2 Chuẩn kết nối giao tiếp của SPI
SPI là giao thức phổ biến, được nhiều người sử dụng nhờ vào khả năng truyền nhận dữ liệu ổn định và liên tục Giao thức này hỗ trợ việc gửi và nhận dữ liệu mà không gặp sự cố, đáp ứng hiệu quả với bất kỳ số lượng bit nào Trong giao tiếp qua SPI, các thiết bị hoạt động theo cấu trúc tương quan giữa master và slave.
Master (thường là vi điều khiển): phần lớn là các thiết bị điều khiển
Slave (thường là cảm biến, màn hình hoặc chip nhớ): có chức năng nhận các gói lệnh đến từ master và thực thi
Bên dưới là sơ đồ kết nối giao thức SPI đối với một hệ thống có chứa một slave và một master duy nhất
Hình 2.5 Sơ đồ mô tả kết nối cho giao thức SPI
SCLK (Clock) là tín hiệu xung nhịp đồng bộ trong giao tiếp SPI, được phát ra bởi master để đồng bộ hóa việc truyền và nhận dữ liệu từ slave Giao tiếp SPI bắt đầu khi master cấu hình và tạo ra tín hiệu xung nhịp, có thể điều chỉnh thông qua các thuộc tính phân cực và pha xung nhịp Phân cực xung nhịp cho phép lựa chọn giữa cạnh xuống hoặc cạnh lên của chu kỳ xung nhịp để xuất và lấy mẫu dữ liệu, trong khi pha xung nhịp có thể được cấu hình để đầu ra và lấy mẫu diễn ra vào cạnh đầu tiên hoặc cạnh thứ hai của chu kỳ, không phụ thuộc vào việc xung nhịp đang tăng hay giảm.
Slave Select (CS/SS) là đường truyền mà master sử dụng để chọn slave cho giao tiếp Thiết bị master có khả năng sử dụng nhiều chân CS/SS, cho phép giao tiếp đồng thời với nhiều slave Trong trường hợp chỉ có một chân CS/SS, nhiều slave có thể được kết nối với master theo cách nối chuỗi.
MOSI và MISO: Master gửi dữ liệu tới slave bit by bit thông qua đường MOSI
Master Out Slave In (MOSI) là chân mà slave nhận dữ liệu từ master Dữ liệu từ master đến slave thường được truyền theo thứ tự với bit quan trọng nhất trước Ngược lại, slave có khả năng gửi dữ liệu trở lại master thông qua chân MISO.
(Master In Slave Out), thường sắp xếp dữ liệu với bit ít quan trọng nhất trước Các bước truyền dữ liệu trong giao tiếp SPI bao gồm:
1 Master phát tín hiệu xung nhịp
2 Master đưa chân SS/CS xuống mức điện áp thấp để kích hoạt slave
3 Master sẽ gửi dữ liệu từng bit tới slave qua đường MOSI
4 Slave nhận và xử lý từng bit nhận được
Hình 2.6 Sơ đồ giao thức kết nối giữa Master với nhiều Slave khác
2.3.3 Chuẩn giao tiếp của UART
Giao thức UART là một chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ, phổ biến trong việc kết nối thiết bị với nhau Nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ứng dụng với nhiều module như Arduino, RFID, Wifi, Bluetooth, Xbee, Raspberry Pi và các vi điều khiển khác Chuẩn giao tiếp này cho phép hai UART kết nối chéo qua các đường truyền nhận tín hiệu, tương tác trực tiếp Mỗi thiết bị UART có hai dây chính để truyền nhận dữ liệu: Receiver (RX) và Transmitter (TX).
Giao tiếp UART sử dụng phương thức truyền dữ liệu không đồng bộ, trong đó các bit được đồng bộ hóa thông qua việc thêm bit bắt đầu và bit kết thúc vào gói dữ liệu Khi nhận được bit bắt đầu, UART sẽ bắt đầu đọc dữ liệu với tốc độ cụ thể gọi là baud rate, thường từ 9,600 đến 115,200 bit trên giây Để đảm bảo quá trình truyền nhận không bị gián đoạn, cả hai thiết bị UART phải hoạt động ở cùng tốc độ, với sai số tối đa khoảng 10% Ngoài ra, cấu hình giao tiếp giữa hai UART cần phải chặt chẽ, với ba chế độ hoạt động: Full Duplex cho phép truyền nhận đồng thời, Half Duplex cho phép truyền theo một hướng tại một thời điểm, và Simplex chỉ cho phép giao tiếp một chiều.
Google Firebase là phần mềm phát triển ứng dụng do Google hỗ trợ cho phép các nhà phát triển phát triển các ứng dụng Android, iOS và Web
Firebase cung cấp ba dịch vụ chính: Cơ sở dữ liệu thời gian thực (Realtime Database), xác thực người dùng và lưu trữ Với sự hỗ trợ của SDK Firebase cho iOS, chúng ta có thể phát triển ứng dụng mà không cần viết mã máy chủ.
- Lợi ích khi sử dụng Google Firebase:
Firebase cho phép quản lý dữ liệu thời gian thực trong cơ sở dữ liệu, giúp việc trao đổi dữ liệu diễn ra nhanh chóng và dễ dàng Nhờ vào khả năng này, Firebase trở thành lựa chọn lý tưởng để phát triển các ứng dụng di động như phát trực tiếp và nhắn tin trò chuyện.
+ Firebase cho phép đồng bộ hóa dữ liệu thời gian thực trên tất cả các thiết bị iOS, Android và Web mà không cần làm mới màn hình
+ Mọi thứ từ cơ sở dữ liệu, phân tích đến báo cáo sự cố đều được đưa vào Firebase
Vì vậy, nhóm phát triển ứng dụng có thể tập trung vào việc cải thiện trải nghiệm người dùng
+ Các ứng dụng Firebase có thể được triển khai qua kết nối bảo mật tới máy chủ Firebase
+ Firebase cung cấp một bảng điều khiển đơn giản
- Ưu điểm và nhược điểm của Google Firebase:
Nhiệt độ của từng giai đoạn nuôi lợn
Nhiệt độ lý tưởng cho heo cai sữa nằm trong khoảng 27 – 30 °C Sau đó, nhiệt độ cần giảm dần khoảng 20 °C mỗi tuần cho đến khi heo đạt 50 ngày tuổi Nếu heo được chia theo chuồng, cần giảm nhiệt độ xuống nếu nhiệt độ đạt 30 °C để tránh tình trạng heo bị nóng, dẫn đến giảm ăn Do đó, người chăn nuôi cần thường xuyên kiểm tra nhiệt độ trong trại, đảm bảo không vượt quá 30 °C trong suốt cả ngày.
2.4.2 Lợn thịt Đối với trang trại heo thịt thì tùy vào từng trang trại nuôi để điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp Khi chuyển heo cai sữa sang nuôi heo thịt Thì nhiệt độ thích hợp là 24 –
Nhiệt độ lý tưởng cho heo là 27 °C; nếu thấp hơn, sẽ làm tăng lượng thức ăn tiêu thụ và giảm trọng lượng heo Khi nhiệt độ trong ngày chênh lệch khoảng 5 – 6 °C, heo ít bị ảnh hưởng hơn Do đó, việc điều chỉnh nhiệt độ phù hợp là rất quan trọng để giúp heo phát triển nhanh chóng, khỏe mạnh và đạt được sự tăng trưởng tốt.
2.4.3 Các loại vắc-xin dùng cho lợn
Trong chăn nuôi heo, quy trình tiêm vacxin đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất sinh trưởng Heo cần được tiêm vacxin để phòng ngừa các bệnh nguy hiểm, tương tự như các loài động vật khác Vacxin chứa các chế phẩm có tính kháng nguyên, giúp tạo ra hệ thống miễn dịch đặc thù chủ động Nhờ đó, sức đề kháng của đàn heo được gia tăng, nâng cao khả năng kháng bệnh hiệu quả.
Hình 2.9 Các loại Vacxin phòng ngừa bệnh cho lợn
Các loại vắc-xin cần tiêm [9]:
Ecoli: Phòng ngừa sưng phù đầu ở heo con 21 ngày tuổi
App: Tiêm để phòng ngừa viêm phổi dính sườn dành cho heo con 28 ngày tuổi
Vacxin Tả Ngoại: Tiêm để phòng dịch tả dành cho heo con từ 30 - 35 ngày tuổi
Vacxin PRRS: Phòng ngừa bệnh tai xanh dành cho heo con từ 40 - 45 ngày tuổi
Tiêm vacxin phòng lở mồm long móng dành cho heo con từ 50 - 55 ngày tuổi
2.5 Điều kiện ánh sáng trong chuồng trại
Thời gian chiếu sáng trong trang trại nuôi lợn cần được điều chỉnh hợp lý để tạo điều kiện sống tối ưu cho lợn Lợn cần đủ ánh sáng để hỗ trợ sự phát triển và sinh trưởng, nhưng cũng cần được bảo vệ khỏi ánh sáng mạnh có thể gây hại.
Trong trang trại nuôi lợn, thời gian chiếu sáng thường được kiểm soát bằng hệ thống đèn chiếu sáng, cho phép người chăn nuôi điều chỉnh thời lượng và cường độ ánh sáng Phương pháp phổ biến là sử dụng chu kỳ chiếu sáng 16 giờ, trong đó ánh sáng được bật để kích thích lợn ăn uống và hoạt động.
8 giờ còn lại, ánh sáng sẽ được tắt hoặc giảm độ sáng, giúp lợn nghỉ ngơi và ngủ đủ giấc.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
Yêu cầu người dùng
Hệ thống cho phép thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí có mùi hôi có trong chuồng trại
Giám sát được mực nước uống trong chuồng
Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng tự động theo giờ
Hệ thống có thể dọn vệ sinh tự động xả nước chuồng trại giúp trại nuôi thông thoáng
Hệ thống cần được trang bị quạt thông gió để người chăn nuôi có thể điều chỉnh nhiệt độ trong chuồng trại, đảm bảo phù hợp với điều kiện phát triển tối ưu cho lợn.
Hệ thống cho phép người dùng theo dõi được biểu hiện, tình trạng thân nhiệt của đàn lợn trong chuồng trại
Người dùng có thể điều khiển các thiết bị ở chuồng nuôi và theo dõi thông tin của lợn thông qua ứng dụng trên điện thoại.
Yêu cầu về kỹ thuật
Chúng tôi đã thu thập dữ liệu về độ ẩm không khí và nhiệt độ, đồng thời theo dõi tình trạng mực nước và sức khỏe của đàn lợn Ngoài ra, chúng tôi cũng ghi nhận biểu hiện và thân nhiệt của lợn, cũng như phát hiện nồng độ khí CH4 trong khu vực chuồng trại.
Độ phân giải nhiệt độ cho phép người nuôi theo dõi tình trạng sức khỏe của lợn, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bệnh Điều này tạo điều kiện cho việc cách ly kịp thời từng cá thể lợn, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và chăm sóc đàn lợn.
Xử lý, tính toán dữ liệu thu được từ các cảm biến từ đó đưa ra các yêu cầu điều khiển các thiết bị
Lưu trữ được dữ liệu, thông tin của từng con lợn trong đàn
Cập nhật và lưu trữ thông tin các chỉ số trong trang trại qua ứng dụng trên điện thoại giúp người chăn nuôi dễ dàng theo dõi tình trạng chuồng trại Ứng dụng còn hỗ trợ nhận diện mã, mang lại sự tiện lợi trong quản lý thông tin.
QR để truy xuất được thông tin của từng con lợn trong đàn
Thông số kỹ thuật là yếu tố quan trọng đảm bảo độ chính xác cho hệ thống, cung cấp thông tin cụ thể về tính năng và hiệu suất của mô hình Đối với mô hình trang trại chăn nuôi lợn, các thông số kỹ thuật bao gồm các chỉ tiêu về năng suất, chất lượng sản phẩm và điều kiện chăn nuôi.
Ở nhóm lợn đang phát triển thì mức nhiệt độ phù hợp nhất sẽ vào khoảng 24,8 – 28,7 °C, ngưỡng độ ẩm phù hợp nhất cho lợn cũng trong khoảng giá trị từ 70 – 80
Để kiểm soát tốt độ thích nghi và phát triển của vật nuôi, người nuôi nên thiết lập ngưỡng nhiệt độ cố định là 27 °C và độ ẩm lý tưởng là 75% Hệ thống cho phép sai số đối với cảm biến nhiệt độ là ± 3 °C và cảm biến độ ẩm không khí là ± 4%.
Biết được thông tin mực nước từ cảm biến ở khoảng cách từ 2 ~ 250 cm với sai số là 0,3cm
Đo và hiển thị được thân nhiệt của lợn trong khoảng nhiệt độ từ 10 ~ 80 °C, có độ chính xác trong khoảng ± 2,5 °C
Phát hiện nồng độ khí CH4 trong chuồng trại trong khoảng từ 300 ~ 10,000 ppm
Các thiết bị trong mô hình chăn nuôi lợn được điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại, với dữ liệu truyền nhận qua mạng WiFi, yêu cầu thời gian phản hồi dưới 5 giây Để tối ưu hóa lợi nhuận, công suất tiêu thụ của hệ thống cần được duy trì hợp lý, với mức tiêu thụ tối đa không vượt quá 200 W, đảm bảo hoạt động liên tục suốt cả ngày.
Thiết kế kiến trúc
Dự án bao gồm ba khu vực nuôi lợn chính: khu nuôi lợn con tập trung, khu nuôi lợn hướng thịt và khu nuôi cách ly Mỗi khu vực được trang bị hệ thống quạt thông gió riêng để duy trì nhiệt độ tối ưu cho từng nhóm lợn Đặc biệt, hệ thống này còn kết nối với ứng dụng trên điện thoại, cho phép người dùng giám sát thông tin đàn lợn và điều khiển các thiết bị trong chuồng nuôi qua Internet.
Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan của mô hình hệ thống
Thiết kế hệ thống
3.4.1 Thiết bị giám sát điều khiển tại chuồng trại a Sơ đồ khối
Khối nguồn: đây là khối cung cấp nguồn điện áp cho cho hệ thống
Khối xử lý và giao tiếp có nhiệm vụ tiếp nhận thông tin từ khối cảm biến, sau đó xử lý dữ liệu và phát tín hiệu điều khiển cho thiết bị trong khối điều khiển Đồng thời, khối này cũng thực hiện việc gửi và nhận dữ liệu từ khối lưu trữ thông tin.
Khối cảm biến: thu thập, đo đạc các thông như nhiệt độ, nồng độ khí metan, tình trạng lượng nước,… sau đó truyền đến khối xử lý
Khối điều khiển: điều khiển thiết bị gồm đèn, quạt, máy bơm, hoạt động theo đúng với các tín hiệu điều khiển nhận được từ khối xử lý
Khối hiển thị: hiển thị độ phân giải nhiệt độ thân nhiệt của từng con lợn
Khối lưu trữ dữ liệu: lưu trữ các dữ liệu nhận được từ khối xử lý hoặc từ người dùng qua việc thực thi khối điều khiển
Khối ứng dụng gửi tín hiệu điều khiển đến khối lưu trữ và nhận dữ liệu từ khối lưu trữ để cung cấp thông tin hữu ích cho người chăn nuôi Ứng dụng được thiết kế với chức năng quét mã QR, cho phép truy xuất thông tin từng đối tượng một cách dễ dàng và hiệu quả.
Thiết kế cụ thể và chi tiết sẽ được thực hiện dựa trên bản thiết kế kiến trúc, kết hợp với việc phân tích rõ ràng các chức năng và nhiệm vụ của từng khối, nhằm lựa chọn linh kiện phù hợp nhất cho dự án.
Hiện nay, sự đa dạng của linh kiện điện tử rất phong phú, nhưng mỗi nhóm sinh viên sẽ lựa chọn loại linh kiện phù hợp nhất dựa trên yêu cầu của dự án mà họ thực hiện.
Khối điều khiển là hệ thống thiết bị chịu trách nhiệm điều phối hoạt động như bơm nước, mở và đóng máng ăn, chiếu sáng, cũng như quạt thông gió trong chuồng nuôi Các thiết bị trong khối điều khiển bao gồm relay, đèn chiếu sáng, động cơ bơm nước, quạt và servo, tất cả đều hoạt động theo tín hiệu từ khối xử lý.
Module relay 5V là thiết bị điều khiển đóng mở, cho phép sử dụng điện áp nhỏ để kích hoạt điện áp lớn Với kích thước nhỏ gọn và dễ sử dụng, module này được ứng dụng rộng rãi như một công tắc điện, giúp điều khiển các thiết bị công suất lớn như đèn và động cơ Thông tin cơ bản về relay 5V rất hữu ích cho người dùng trong việc triển khai các dự án điện tử.
Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của Relay
Relay 5V Yêu cầu về thực tế Điện áp hoạt động 5 V 5 V
Dòng hoạt động 10 A 5 A Điện áp đầu ra thiết bị 250 V 220 V
Chúng tôi đã chọn motor bơm nước RS385 để đảm bảo lưu lượng bơm và mức điện áp hoạt động phù hợp cho việc bơm nước vào máng uống và phun nước dọn vệ sinh chuồng trại Dưới đây là thông số kỹ thuật của một số loại máy bơm.
Nhóm sẽ chọn đèn chiếu sáng cho mô hình dựa trên các yêu cầu:
Nhóm quyết định chọn đèn LED 5 V để làm đèn chiếu sáng cho mô hình
Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của máy bơm
Máy bơm nước mini G24-ZYB Yêu cầu thực tế Điện áp hoạt động 12V 24V 5 – 12V
Nhiệt độ hoạt động tối đa 85 (°C) 135 (°C) 55 (°C)
Bơm cao 3 m 6 m 1 m Đèn dây tóc Đèn ống Đèn LED Yêu cầu thực tế Điện áp hoạt động 12 V 12 V 5 V 5 V
Kích cỡ 40x6 mm 41x41x121 mm 4x4 mm -
Bảng 3.3 Các thông số kỹ thuật của đèn chiếu sáng
Bảng 1 Các thông số kỹ thuật của đèn chiếu sáng
Dựa trên kích thước mô hình mô phỏng và khoảng cách giữa các linh kiện từ 3 – 10 cm, nhóm đã quyết định sử dụng quạt 8x8 cm – 12 V cho hệ thống quạt thông gió của dự án.
Servo được sử dụng để mở nắp bồn chứa thức ăn, giúp thức ăn rơi xuống máng cho lợn theo nhu cầu của người chăn nuôi Các thông số kỹ thuật của servo rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động trong quá trình cho ăn.
Bảng 3.5 Các thông số kỹ thuật của Servo
Tên thông số MG996R SG90 Yêu cầu thực tế Điện áp hoạt động 4,8 – 7,2 V 4,8 – 5 V 5 – 12 V
Mô men xoắn tối đa 9 kg/cm 1,6 kg/cm 1 – 3 kg/cm
Góc độ quay 360° 180° 180° Động cơ servo SG90 phù hợp với yêu cầu điều khiển góc độ quay nên nó sẽ được chọn cho dự án này
Bảng 3.4 Các thông số kỹ thuật của quạt
Tên thông số Quạt 12V Yêu cầu thực tế Điện áp hoạt động 5 V 5 V
Số vòng quay (vòng/phút) 7000 ± 15 % 7000 ± 15 % (vòng/phút)
Tiếng ồn gây ra 15 DBA 10-20 DBA
Tốc độ gió tạo ra 1,3 M/s 1 – 2 M/s
Tuổi thọ trung bình 32,000 giờ 20,000 – 32,000 giờ
Để theo dõi tình trạng thân nhiệt của lợn, người chăn nuôi cần sử dụng thiết bị có độ phân giải phù hợp, cho phép hiển thị màu sắc thân nhiệt Các thông số kỹ thuật của các loại màn hình cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả trong việc giám sát sức khỏe vật nuôi.
Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật của màn hình LCD TFT
Tên thông số Màn hình TFT 1,44 Màn hình TFT 1,8 Yêu cầu thực tế Độ phân giải 128x128 pixels 240x320 pixels 240x320 pixels
Kích cỡ 1,44 inch 2,8 inch 2 ~ 3 inch Điện áp hoạt động 3,3 V 3,3 V 3,3V
Màn hình LCD TFT 1,8 inch kết hợp với cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại AMG8833 có khả năng hiển thị các dấu hiệu bất thường, đặc biệt là sự tụ lại thành cụm ở lợn Những dấu hiệu này được phân biệt rõ ràng thông qua dãy màu sắc cụ thể ở các khoảng nhiệt độ khác nhau.
Chức năng chính của hệ thống là thu thập dữ liệu về mực nước, nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ khí CH4, sau đó truyền dữ liệu này đến khối xử lý Việc lựa chọn cảm biến phù hợp đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả hoạt động của hệ thống IoT.
Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, nhưng đối với dự án này, hai loại cảm biến phù hợp nhất là AMG8833 và DHT11.
Sau khi phân tích các thông số kỹ thuật và giá cả của sản phẩm so với yêu cầu của hệ thống, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 được xác định là linh kiện tối ưu nhất.
Cảm biến nồng độ không khí là thiết bị quan trọng để theo dõi tình trạng không khí và mức độ ô nhiễm môi trường trang trại bằng cách đo nồng độ các loại khí như CH4 Việc lựa chọn loại cảm biến không khí phù hợp với đề tài là rất cần thiết Dưới đây là một số loại cảm biến không khí đáng chú ý.
Sau khi so sánh các thông số về mức điện áp và dãy hoạt động, nhóm chọn cảm biến khí MQ4 cho dự án
Tên các thông số DHT-11 AMT1001 Yêu cầu thực tế Điện áp tầm hoạt động 3,3 ~ 5 V 5 V 3 – 5
Dòng hoạt dộng 2,5 mA 2 mA 2 – 5 mA
Khoảng nhiệt độ đo 0 ~ 50 °C, sai số 2 °C
Khoảng độ ẩm đo 0 ~ 85 % RH, sai số 5 % RH
0 ~ 85 % RH, sai số 2 ~ 5 % RH Khoảng cách đo tối đa 22 m 15 m 13 – 22 m
Bảng 3.7 Các thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ
Bảng 2 Các thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ
Bảng 3.8 Các thông số kỹ thuật của cảm biến không khí
MQ2 MQ4 Yêu cầu thực tế Điện áp tầm hoạt động 3 – 5 V 5 V 5 V
Dòng cho phép hoạt động 0,18 A 0,18 A 0,2 A
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại
Thi công phần cứng
Nhóm đã thiết kế mô hình chăn nuôi dựa trên các trang trại thực tế, với cảm biến và thiết bị được đặt ở vị trí cố định trong từng khu vực chuồng trại Mô hình sử dụng tấm bìa formex 40x60mm (A2) để mô phỏng bố cục và dễ dàng quan sát hệ thống thiết bị Hệ thống chính hoạt động dựa trên board mạch ESP32 và module 8 relay để điều khiển các thiết bị trong từng khu vực.
Hình 3.11 Hình ảnh mô hình tổng thể của hệ thống
Mô hình hệ thống được chia thành ba khu vực nuôi: khu vực nuôi tập trung, khu vực nuôi hướng thịt và khu vực nuôi cách ly Mỗi khu vực sẽ được trang bị cảm biến và thiết bị để quản lý và giám sát từng cá thể lợn trong chuồng trại một cách hiệu quả.
Cảm biến nồng độ khí CH4 sẽ được lắp đặt trong ống thoát hơi liên kết giữa ba khu vực, giúp người dùng kiểm soát tình trạng ô nhiễm trong các khu nuôi Khi nồng độ CH4 vượt quá mức an toàn, hệ thống bơm nước sẽ tự động hoạt động để xả thải, giữ cho chuồng trại sạch sẽ và bảo vệ sức khỏe của lợn.
Màn hình LCD TFT 1.8 inch được lắp đặt ở vị trí thuận lợi, giúp người dùng dễ dàng theo dõi tình trạng thân nhiệt của từng con lợn trong chuồng và điều khiển các thiết bị.
Khu vực nuôi lợn tập trung sẽ được trang bị camera cảm biến nhiệt để giám sát thân nhiệt từng con lợn qua sự thay đổi màu sắc trên màn hình LCD TFT Điều này giúp người chăn nuôi nhanh chóng theo dõi và dự đoán tình trạng bệnh của lợn, từ đó có biện pháp cách ly kịp thời nhằm ngăn chặn lây lan.
Quạt điều hòa là thiết bị quan trọng được lắp đặt trong khu vực nuôi lợn tập trung và nuôi lợn hướng thịt, nhằm điều chỉnh nhiệt độ tối ưu trong hai giai đoạn phát triển của lợn Để đảm bảo nhiệt độ phù hợp, cần sử dụng cảm biến DHT để tự động bật/tắt quạt, hoặc có thể điều khiển thông qua ứng dụng di động.
Các máng ăn được điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại, tùy thuộc vào nhu cầu cho ăn của người chăn nuôi Đối với máng nước, thiết kế cần dựa vào khoảng cách giữa cảm biến siêu âm và mực nước trong máng Nhờ đó, các bơm nước sẽ tự động hoạt động để bơm nước vào máng dựa trên giá trị đo được từ cảm biến, và sẽ ngừng hoạt động khi máng nước đã đầy.
Để nâng cao tính chắc chắn, thẩm mỹ và giữ cho bề mặt chuồng luôn sạch sẽ, việc sắp xếp các bơm nước một cách riêng biệt là rất cần thiết.
Sau khi lắp đặt đầy đủ thiết bị cho từng khu vực nuôi lợn, bước tiếp theo là cố định và đi dây kết nối như điện âm tường Việc này không chỉ tạo độ thẩm mỹ cho không gian mà còn giúp bảo vệ các đường dây điện khỏi những tác động từ bên ngoài.
KẾT QUẢ - NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
Kết quả phần so sánh
Điều kiện yêu cầu đối với phần so sánh kết quả
Sau khi hoàn thành thi công phần cứng và phần mềm cho đề tài “Mô hình giám sát chăn nuôi lợn sử dụng công nghệ IoTs”, nhóm sẽ tiến hành kiểm tra một số điều kiện cần thiết.
Các dữ liệu đo được từ cảm biến cần đảm bảo tính chính xác hoặc tương đối chính xác, với tỷ lệ sai lệch nằm trong khoảng cho phép.
Hầu hết các thiết bị hiện nay có khả năng tự động bật và tắt dựa trên các điều kiện giá trị đã được thiết lập Chúng xử lý thông tin thu được từ các cảm biến và tuân theo sự điều khiển của người dùng.
Giao diện ứng dụng được thiết kế đầy đủ chức năng, cho phép hiển thị thông tin từ cảm biến và theo dõi chi tiết từng cá thể lợn trong chuồng Người dùng còn có thể quét mã QR để truy vấn thông tin cụ thể cho từng con lợn.
Phần lớn các dữ liệu của lợn được phân tích, tính toán và kiểm tra một cách cụ thể và tương đối chính xác
Phần so sánh kết quả của các giá trị
● Kết quả phần thu thập giá trị từ các cảm biến
Sau khi thực hiện kiểm tra, đo đạc và thử nghiệm các loại cảm biến, nhóm đã thu được các kết quả khác nhau với độ sai số thấp Cụ thể, chúng ta có thể nhận thấy rằng:
Cảm biến nhiệt độ DHT11 được sử dụng để đo đạc nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường, nhóm đã tiến hành so sánh với nhiệt kế và ẩm kế để đưa ra các giá trị thực tế Kết quả thu được cho phép nhóm so sánh tốc độ phản hồi của DHT11 với các thiết bị khác bằng cách thay đổi khoảng cách đến nguồn nhiệt và tạo độ ẩm bằng cách xịt hơi nước vào môi trường xung quanh Qua đó, nhóm đã lựa chọn cảm biến phù hợp nhất cho hệ thống.
Bảng 4.1 So sánh các giá trị đo từ cảm biến DHT11 với nhiệt kế
Lần đo Cảm biến đo nhiệt độ DHT-11 Nhiệt kế - Ẩm kế
Giá trị nhiệt Giá trị độ ẩm Giá trị nhiệt Giá trị độ ẩm
Sau khi thực hiện kiểm tra và so sánh, chúng tôi nhận thấy rằng cảm biến DHT11 có độ chính xác cao và tỷ lệ sai số thấp, phù hợp với yêu cầu thiết kế.
Cảm biến đo khoảng cách xác định khoảng cách từ cảm biến đến mực nước và so sánh với mức nước đã được đánh dấu ở đáy máng chứa Sau khi thực hiện quá trình đo đạc, nhóm nhận giá trị từ cảm biến và so sánh với tỷ lệ mực nước để đưa ra kết quả chính xác.
Bảng 4.2 So sánh các giá trị đo khoảng cách mực nước trong máng
Lần đo Khoảng cách mực của cảm biến siêu âm Tỉ lệ mực nước
Khi tiến hành đo và kiểm tra, giá trị của cảm biến đo khoảng cách so với vạch nước định mức trên máng chứa nước có tỷ lệ sai số khoảng dưới ± 10% Sự không chính xác trong chiều dài của cảm biến so với máng nước dẫn đến giá trị đo chỉ gần đúng Do đó, khi mực nước tăng, độ chính xác của cảm biến siêu âm trong việc nhận giá trị mực nước sẽ giảm đi.
Cảm biến đo nồng độ khí CH4, cụ thể là cảm biến MQ4, sẽ thu thập dữ liệu và so sánh với các giá trị từ cảm biến MQ2 Qua quá trình đo đạc, các giá trị thu được sẽ phản ánh độ sai số chính xác của nồng độ khí CH4 trong thực tế.
Bảng 4.3 So sánh các giá trị đo từ nồng độ khí Metan
Số lần Cảm biến MQ4 Cảm biến
Sau khi kiểm tra và đo đạc, hai loại cảm biến đo nồng độ khí cho kết quả tương tự về tỷ lệ nồng độ khí và sai số khi tiếp xúc với khí gas Giá trị cảm biến sẽ tăng hoặc giảm tương ứng với lượng khí CH4 trong môi trường, phản ánh chính xác thực tế.
Cảm biến hồng ngoại AMG8833 có khả năng đo độ phân nhiệt với độ phân giải 8x8, cho phép hiển thị dữ liệu trực tiếp trên màn hình TFT Các giá trị nhiệt độ được thể hiện qua dải màu từ xanh dương đến đỏ, tương ứng với mức độ từ lạnh đến nóng Trong quá trình kiểm tra, nhóm nhận thấy thời gian phản hồi của cảm biến AMG8833 khá tốt, với giá trị nhiệt độ dao động xung quanh 25 độ.
Cảm biến nhiệt độ 40 °C cho phép hiển thị giá trị hình ảnh nhiệt của bàn tay người trên màn hình LCD TFT 1,8 inch, như minh họa trong hình 4.1 bên dưới.
Hình 4.1 Hiển thị kết quả độ phân giải từ camera cảm nhiệt
Sau khi hoàn thành, nhóm đã tiến hành phân tích và kiểm tra hầu hết các cảm biến, đồng thời theo dõi trạng thái bật, tắt của thiết bị dựa trên các thông số đã được tính toán và thiết lập theo yêu cầu Kết quả cho thấy sự phản hồi từ các thiết bị khá chính xác so với các điều kiện đã được định sẵn Cụ thể, trong trường hợp đèn, thiết bị sẽ tự động bật khi ngưỡng nhiệt vượt quá quy định, hoặc máy bơm sẽ hoạt động dựa vào lượng nước trong máng và nồng độ khí CH4 trong chuồng trại khi vượt ngưỡng an toàn.
Kết quả phần quản lí các dữ liệu, thông tin của các cá thể lợn
Hệ thống dữ liệu tiêm phòng cho lợn cung cấp thông tin chính xác và có thể cập nhật liên tục về tình trạng tiêm vacxin Ứng dụng được thiết kế với giao diện đơn giản, dễ sử dụng, giúp nông dân, kể cả những người ít quen với công nghệ, nhanh chóng nắm bắt thông tin trong chuồng trại một cách tiện lợi.
Nhận xét về đề tài
Sau khi hoàn thiện thiết kế và thi công mô hình hệ thống, nhóm đã tiến hành kiểm tra và thu thập kết quả Từ những kết quả này, nhóm đã rút ra nhận xét về ưu điểm của hệ thống.
Việc thực thi đo đạc, tính toán và phân tích tín hiệu dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị là rất quan trọng Điều này đảm bảo sự truyền nhận thông tin chính xác và hiệu quả Ngoài ra, việc giao tiếp và kết nối với WiFi cũng cần được thực hiện với độ chính xác cao để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
Ánh sáng trong chuồng trại được thiết lập sao cho phù hợp nhất với điều kiện phát triển của lợn
Các thiết bị cần phải đáp ứng kịp thời và ổn định dựa trên giá trị của từng cảm biến, nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc điều khiển.
Cho phép truy xuất thông tin tiêm chủng của lợn một cách rõ ràng và nhanh nhóng
Để tạo mã QR cho từng cá thể lợn, người dùng chỉ cần thực hiện các bước đơn giản Ứng dụng cho phép thay đổi địa chỉ đường dẫn Google Drive, giúp lưu trữ hình ảnh chứa mã QR của từng con lợn một cách hiệu quả.
Nhược điểm của hệ thống:
Hệ thống điều khiển phụ thuộc nhiều vào tốc độ truy cập của mạng không dây Sau khoảng 10 - 20 giây, vi điều khiển ESP-32 có thể gặp vấn đề tràn bộ nhớ, dẫn đến việc phải chờ vài giây trước khi quá trình thực thi được tiếp tục.
Phần lớn giá trị thu từ cảm biến đo mực nước thì chưa chính xác hoàn toàn
Một số biện pháp khắc phục:
Lựa chọn và lắp đặt mạng không dây với tốc độ truy cập cao và khả năng đáp ứng nhanh giúp cải thiện hiệu suất xử lý của hệ thống, từ đó nâng cao tốc độ phản hồi trong việc điều khiển.
Nghiên cứu và áp dụng các phương pháp cùng công nghệ mới giúp hệ thống ổn định và bền vững hơn Tìm hiểu sâu về bộ nhớ của ESP-32 để quản lý hiệu quả, tối ưu hóa mã nguồn bằng cách hạn chế sử dụng biến cục bộ lớn và giảm kích thước chương trình.
Đánh giá về tài
Dự án mà nhóm thực hiện đã đáp ứng phần lớn các yêu cầu kỹ thuật và thiết kế, cũng như nhu cầu của người dùng Qua nhiều lần thử nghiệm và kiểm tra, nhóm nhận thấy mô hình hoạt động khá ổn định Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục, bao gồm tốc độ đường truyền khi truy cập hệ thống và độ chính xác của thiết bị trong việc phản hồi thời gian, hiện tại vẫn còn chậm so với yêu cầu điều khiển của người dùng.