Bài báo cáo Đề tài ứng dụng iot Để chăn nuôi gia súc chất lượng cao nuôi bò thịt

Với sự phát triển liên tục của công nghệ, một trang trại chăn nuôi sử dụng công nghệ cao cần có các khối chức năng khác nhau, chúng liên kết với nhau thành một hệ thống khép kín bao gồm:

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

HOCHIMINH CITY

A

INDUSTRIAL

\ U Ped eniversiry of

NHAP MON IOT

BAI BAO CAO

DE TAI: UNG DUNG IOT DE CHAN NUOI GIA

SÚC CHẤT LƯỢNG CAO

- NUOI BO THIT -

NHOM 17 Giảng viên: Nguyễn Thế Kỳ Sương Lớp học phần: DHIOT17C — 420301412603

TP.HCM, Tháng 10 Năm 2023

THÔNG TIN CHUNG SINH VIÊN

Họ và tên sinh viên: Nguyen Tan Lộc MSSV: 21118191

Lớp : DHIOTI7C

SĐT : 0388488904

Email: nguyentanloc2204@gmail.com

Họ và tên sinh viên: Vi Quốc Huy MSSV: 21113021

Lớp : DHIOTI7C

SĐT : 0868139907

Email: vihuy313@gmail.com

Họ và tên sinh viên: Võ Đình Toàn MSSV: 21113831

Lớp : DHIOTI7C

SDT :0357893478

Email: vodinhtoan138@gmail.com

MỤC LỤC

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG TĨNG QUAN CỦA HỆ THĨNG -«- 2 2.1 Ý tưởng hình thành hệ thống chăn nuơi bị IOT - 2 5s E2 22162222525 c6 2

2.2 So sánh hệ thống hiện tại với các hệ thống chăn nuơi tự động khác 3

2.3 Hướng xử lý đối với các khuyết điểm: 2-5 S2 2112112111211 0 11x ru 4 2.4 Mơ hình hĩa hệ thơng chăn nuơi IOT 22 SES1EE2E 82111821 1111E21111 525115 e2 4

2.4.1 Minh họa cách hoạt động của hệ thơng 4

2.4.2 So AO KNOUNE NON cesceccssscesesssscessssssssssssssssssesssessssssessessssesseseseseseees 5 2.4.3 Sơ đồ lắp đặt của hệ thơng 6

2.5 Sơ đề kết nối về mặt dữ liệu của hệ thống decenteeeececeecseceeeccssseneseceuecauaausseceseceeensens 7

CHUONG 3: NOI DUNG CUA NODE IOT “VONG CO THONG MINH”

3.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong vong c6 théng minh eee: 8

3.1.1 Cảm biến gia tốc:GY-521 MP6051) o5 Sc<cSSSecresrsererrereervee 8 3.1.2 Cảm biến nhiệt độ cơ thế: L/M3 5 DZ 5 6< ©Ss te ktersevererecesree 8 3.1.3 Cảm bién nhip tim: ECG MAX30100

3.1.4 Vi điều khiển ESP32 NodeMCU 32%

3.1.6 Module Dién bdo dự dày [ Ï] 2 S2 2122112211121 112 11181112 10

3.2 Sơ đồ khối node IOT -¿-2222+2211122111221112211122111111121112211122011 11 0 te 10

3.3 Sơ đồ tham chiếu node IOT - ¿+ s2 S9211215 112111111 1211111 2121 1 tru 11 3.4 Sơ đồ lắp I1 i78ï11:i0i050ẮdmỪmỆIIIậA 12 3.5 Sơ đồ nguyên lý của node IOT - 5s 21121221 2111121211112122212 1 net 13 3.6 Sơ đồ kết nối đữ liệu của node IOT - 2s sSs SE 55 125351552151 1111111252115 555 52 15

MỞ ĐẦU

CHUONG 1: TONG QUAN VE DE TAI

1 Ly do chon dé tai

Giảm rủi ro trong chăn nuôi: Công nghệ IoT' cho phép người nông dan gi4m sát

từ xa và nhận cảnh báo sớm khi có bất kỳ vấn đề gì xảy ra với gia súc, giúp họ giảm thiểu rủi ro và hạn chế tồn that

Quản lý trang trại tốt hơn: loT giúp người nông dân có thể quản lý gia súc của mình một cách hiệu quả hơn, từ việc theo dõi sức khỏe, tăng trưởng cho đến việc quản

lý thức ăn và nước trên ứng dụng điện thoại

Tăng cường an ninh: Hệ thống IoT còn có thế tích hợp các tính năng an ninh, nhu camera giam sát, s1úp người nông dân g1ữ an toàn cho gia suc va tai san cua ho H6 tro quyét định: Dữ liệu thu thập từ các thiết bị loT có thể được phân tích để đưa ra các quyết định chăm sóc sức khỏe một cách hiệu quả hơn

Bảo vệ môi trường: Công nghệ loT cũng giúp người nông dân kiểm soát và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường từ hoạt động chăn nuôi, như việc quản lý

chất thải và giảm thiểu ô nhiễm không khí

CHUONG 2: NOI DUNG TONG QUAN CUA HE THONG

2.1 Ý tưởng hình thành hệ thống chăn nuôi bò IOT

Trang trại nuôi bò ứng dụng loT trong trang trại mang lại nhiều lợi ích vượt trội, từ tăng năng suất và hiệu quả sản xuất, đến bảo vệ môi trường và cải thiện cuộc sống của nông dân Với sự phát triển liên tục của công nghệ, một trang trại chăn nuôi

sử dụng công nghệ cao cần có các khối chức năng khác nhau, chúng liên kết với nhau

thành một hệ thống khép kín bao gồm: khối điều hòa không khí, khối xử lý nước thải

và chất thải, khối giam sát sức khỏe bo, khối cho bò ăn tự động

Trong đó:

+ Khối điều hòa không khí: Với sự kết hợp của các cảm biến và thiết bị loT, trang trại nuôi bò có thê tự động điều chỉnh thông gió hệ thống để đảm bảo môi trường bên trong chuồng luôn thoáng mát và thoải mái cho bò Các cảm biến nhiệt độ và độ

âm có thể giám sát môi trường liên tục, và dữ liệu thu thập được có thể được truyền qua mạng đề theo dõi và kiêm soát từ xa Điều này giúp nông dân có thé phát hiện và giải quyết sớm các vấn đề về môi trường như quá nóng, quá âm, hoặc không đủ ánh sang

+ Khối xử lý nước thải và chất thải: Hệ thống xử lý nước thải cũng là một

phần quan trọng trong trang trại nuôi bò thông minh Một hệ thống xử lý nước thải hiệu quả giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh thông qua các

bể lắng và các bể vi sinh đồng thời giúp góp phần bảo vệ tài nguyên nước Các cảm biến và hệ thống IoT có thể được sử dụng để giám sát chất lượng nước thải, quản lý

quá trình xử lý và báo cáo dữ liệu liên tục về tình trạng xử lý

+ Khối giám sát sức khỏe bò: Vòng cô giám sát bò để theo dõi và đánh giá sức khỏe của bò một cách tốt nhất Các vòng cô thông minh có thể được trang bị các cảm biến đề đo lường đữ liệu quan trọng như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể, hoạt dong va vi tri của bò Dữ liệu nảy có thê được truyền qua mạng và phân tích để đánh giá sức khỏe, phát hiện sớm các vấn đề sức khỏe của vật nuôi

+ Khối cho bò ăn tự động: Được cài đặt sẵn thời gian và lượng thức ăn tủy vào các khung giờ trong ngày, sử dụng các băng tải để vận chuyên thức ăn đến từng ô chuông nuôi cung câp cho vật nuôi

Tổng quan hệ thống:

Trang trại nuôi bò ứng dụng loT với các chức năng thông gió, piám sát môi

trường, xử lý nước thải và vòng cỗ giám sát bò mang lại nhiều lợi ích Hệ thống giúp

tăng hiệu suất, giảm tác động môi trường, nâng cao chất lượng chăm sóc vả quản lý sức khỏe của bò Đồng thời, việc kết nối toàn bộ hệ thống qua mạng chúng ta sẽ dễ đàng kiểm soát cũng như làm việc trực tuyến từ xa thông qua điện thoại, website hoặc máy tính mà không cần trực tiếp đến trang trại Kiểm soát và quản lí sức khỏe cho bò bằng vòng cỗ thông minh Kiểm soát được chất lượng không khí, ánh sáng, nhiệt độ,

độ âm thông qua các cảm biến được lắp đặt kết nối với người dùng

2.2 So sánh hệ thống hiện tại với các hệ thống chăn nuôi tự động khác

Các trang trại hiện nay đều sử dụng các thiết bị loT khá là phô biến, nhưng vẫn còn một số thứ cần được cải thiện và chưa được áp dụng

Ưu điểm của hệ thống:

Các hệ thống chăn nuôi hiện nay thì hầu hết tập trung vào giám sát bên ngoài, kiểm soát nguồn thức ăn chất lượng cho gia súc một cách gián tiếp thì hệ thống này ngoài việc đó ra còn giúp chúng ta trực tiếp can thiệp vẻ theo dõi sức khỏe cũng như kiểm soát, thống kê một cách rõ ràng hơn đối voi thé trạng của bò

Không chỉ kế thừa các công nghệ tiên tiến từ thế giới mà còn phát triển thêm các thiết

bị piám sát môi trường như, độ ấm, nhiệt độ và ánh sang, để theo dõi điều kiện sống của bò

Dac biét, “Yong cổ thông minh là một bước tiến mới trong việc chăm sóc sức khỏe bò Thiết bị này được trang bị các cảm biến như: cảm biến gia tốc, cảm biến siêu

âm, cảm biến nhịp tim, cảm biến độ âm và nhiệt độ và hệ thống định vị GPS

Đồng thời “Vòng cổ thông minh” còn kết hợp với máy điện báo dạ dày được

đưa vào trong dạ dày của bò để có thể thu thập các dữ liệu được đo liên tục về nhiệt độ bên trong lòng bò, cùng với chức năng học tập AI được sử dụng để dự đoán nhiệt độ

cơ thể và đưa ra cảnh báo nếu nhiệt độ trở nên bất thường Giúp chúng ta có thể theo đối chính xác tỉnh trạng sức khỏe bên trong của bò

Với việc giảm thiêu rủi ro về sức khỏe và tăng cường năng suat, “Vong cổ thông mình”

có thể mang lại lợi nhuận cao hơn rất nhiều so với phương pháp chăn nuôi truyền thống

Các thiết bị có thể sử dụng én định lâu dải trong vòng 2 năm

Khuyết điểm của hệ thống so với các hệ thống khác:

Mặc du “Vòng cổ thông minh” có thê cải thiện quá trình chăn nuôi bò, nhưng chi phí đầu tư cho công nghệ này có thể gây áp lực tài chính cho người dùng

Ngoài ra những va đập mạnh cũng có thể làm hư hỏng các thiết bị bên trong, do

cần đeo cho bò gần như toản thời gian tron ngày nên việc tiếp xúc với môi trường bên ngoài thiếu vệ sinh là khó tránh khỏi, vì thế dù được thiết kế cho những môi trường đó nhưng vẫn có khả năng dẫn đến xác suất hư hỏng thiết bị bên trong vòng cổ

2.3 Hướng xử lý đối với các khuyết điểm:

Về độ bên của thiết bị: Khả năng kháng nước và kháng bụi của thiết bị phải đưa lên hàng đầu, điều này đồng nghĩa với việc phải gia cô thêm các phần nhạy cảm như các khớp nỗi, giắc cắm sạc pin, dây đeo, đảm bảo thiết bị chịu được tác động của ngoại lực và các yêu tô từ môi trường xung quanh

Vè vấn đề kinh phí: Đề có một hệ thông chăn nuôi hoàn chỉnh tiết kiệm chi phí cần tối ưu các khâu khác như: số lượng nhân công hợp lý, nguồn thức ăn cho bò được cung cấp vừa đủ tránh lãng phí, công tác quản lý cũng cần được chú trọng

2.4 Mô hình hóa hệ thống chăn nuôi IOT

2.4.1 Minh họa cách hoạt động của hệ thông

Một trang trại được chia thành từng ô chuồng riêng lẻ kết hợp nuôi nhốt và chăn thả Trong mỗi ô chuồng gồm có:

+ Số lượng bò được nuôi vào khoảng 50 con một ô chuồng

+ Hệ thống điều hòa không khí tự động hoặc trực tiếp từ người dùng

+ Hệ thống thu thập đữ liệu của môi trường trone ô chuồng đó

+ Vòng cổ thông minh gắn trên cô bò theo dõi sức khỏe bò

Những hệ thông trên mỗi ô chuồng sẽ gửi và nhận đữ liệu qua chuẩn giao tiếp Wifi hoặc (Ethernet đối với các hệ thống có thể được gan cô định giúp đảm bảo tín hiệu đường truyền tốt nhất) đến các loT Gateway, sau đó từ IOT Gateway sẽ gửi các

dữ liệu (hoặc nhận đữ liệu) từ bộ xử lý trung tâm được đặt tại vị trí tối ưu nhất trong trang trại xử lý và đưa dữ liệu đã phân tích lên đám mây giao tiếp với người dùng

Hình 1: Hệ thống chăn nuôi IOT (nguồn

internet)

2.4.2 So do khéi hé thong

MANG

THU THAP THONG CHẤP HÀNH

Hình 2: Sơ đồ khối toàn hệ thống

Sơ đồ khối gồm 4 khối chính bao gồm: Bộ xứ jj rung tâm, Chấp hành, Thu

thập thông tin va Mang

Trong dó: Thu thép thông tim: biểu thị cho các dữ liệu sẽ được thu thập và đưa về

Bộ xử lý trung tâm

Chấp hành: Biêu thị cho việc nhận các tín hiệu điều khiến hoạt động từ

Bộ xử lý trung tâm đến các thiết bị chấp hành

2.4.3 Sơ đồ lắp đặt của hệ thông

MUONG CHAT THAI

HỆ THỐNG

XỦ LÝ NƯỚC

THÁI

MUONG

HE THONG GIAM

SÁT MÔI TRƯỜNG SÁT MỖI TRƯỜNG HỆ THỐNG GIÁM

Fad ( VÒNG CỎ BÒ

MƯƠNG CHAT THAI MUONG CHAT THAI

Hình 4: Mặt cắt ngang của từng ô chuông

Trong hệ thống này, bò được chăn thả tự nhiên trong một phần lớn thời gian, cho phép chúng tự do lựa chọn thức ăn, vận động và tương tác với môi trường Điều

này không chỉ giúp cải thiện sức khỏe và phát triển tự nhiên của bò, mà còn giúp tiết

kiệm chi phí cho thức ăn và chăm sóc

Tuy nhiên, trone những thời điểm nhất định như mùa đông lạnh giá hoặc khi bò cần được kiểm tra sức khỏe, chúng sẽ được đưa vào chuồng nuôi nhốt Việc nuôi nhốt giúp bảo vệ bò khỏi các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, cung cấp cho chúng một môi trường ôn định và an toàn để phát triển

Bằng cách kết hợp hai phương pháp này, người chăn nuôi có thê tận dụng lợi ích của cả hai hệ thong - tự do và tự nhiên của việc chăn thả, cùng với sự an toan va kiêm soát của việc nuôi nhốt

2.5 Sơ đồ kết nối về mặt dữ liệu của hệ thống

= gateway TT

bộ xử

“bi eune tim: ung tâm a ey cloud &

a» a

` môi trường -*

I

hệ thống làm

pc thoáng khí

Hình 5: Sơ đồ kết nói đữ liệu của toàn hệ thong (1): Cac thiết bị như máy tính, điện thoại s1úp thiết lập lần đầu tiên cho “ Vòng

cô thông mình” và Hệ thông giám sát môi trường có thể kết nỗi được với mạng Wiñ cục bộ của hệ thống

(2): Đồng thời, “ ý⁄òng cô thông mình” và Hệ thông giám sát môi trường được kết nối qua giao thức Wifi với Bộ Xứ lý trung tâm thông qua các Gateway (Vì trang trại khá rộng và chia làm nhiều ô chuồng nên việc kết nối toàn bộ hệ thống trực tiếp với

Bộ xử lý trung tâm sẽ không đảm bảo được đường truyền ôn định và chính xác) (3): Các hệ thông chấp hành khác cũng được kết nốt từ Bộ xử lý trung tâm thông qua Gateway đề đảm bảo đường truyền ôn định và chính xác bằng mạng Wifñ hoặc Ethernet ( Vì hai hệ thống chấp hành sẽ được lắp cô định nên có thể sử dụng mạng dây Ethernet để truyền dữ liệu)

(4): Bộ xử lý trune tâm gửi (hoặc nhận) dữ liệu lên đám mây (Cloud) đề có thé

ø1ao tiệp với người dùng

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG CUA NODE IOT “VÒNG CÔ THÔNG MINH” TRONG HỆ THÓNG

3.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong vòng cỗ thông minh

3.1.1 Cam bién gia toc: GY-521 MPU6050

Cảm bién GY-521 MPU6050 1a mét module Micro Electro-Mechanical

Systems (MEMS) bao gồm cả gia tốc kế 3 trục vả con quay hồi chuyến 3 trục bên trong Là một lựa chọn cho các ứng dụng như robot tự cân bằng, điều hướng xe, theo dõi sức khỏe và các ứng dụng tương tự khác nơi cần phát hiện hướng và cường độ chuyên động cùng với sự quay

Thông số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 3-5VDC

Điện áp giao tiếp: 3~5VDC

Chuẩn giao tiếp: I2C

Gia tri Gyroscopes trong khoang: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec

Gia tri Acceleration trong khoang: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g

3.1.2 Cam bién nhiét độ cơ thể: LM35DZ

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị điện tử phát hiện nhiệt độ xung quanh và

chuyền đổi đữ liệu đầu vào thành đữ liệu đầu ra điện tử đề kiểm soát, ehI lại hoặc tín

hiệu các biến đổi nhiệt độ

Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: Từ 4V đến 30V

Dòng điện tiêu thụ: Ít hơn 60A

Phạm vi nhiệt độ hoạt động: Từ -55°C đến 150°C

Dau ra: Tin higu analog, 10 mV/°C