Điều khiển hệ thống tưới tiêu từ xa bằng Internet

TRÍCH YẾU ArduinoController là ứng dụng web để điều khiển thiết bị phần cứng có sử dụng Arduino Uno như là một server để điều khiển thiết bị phần cứng như sensor, relay và máy bơm.. Bên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HOA SEN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Tên đề tài: Điều khiển hệ thống tưới tiêu từ xa bằng Internet

Tháng 06 /năm 2015

TRÍCH YẾU

ArduinoController là ứng dụng web để điều khiển thiết bị phần cứng có sử dụng

Arduino Uno như là một server để điều khiển thiết bị phần cứng như sensor, relay và máy bơm Bên cạnh đó, ứng dụng web có thể nhận dữ liệu từ sensor của hệ thống, từ đó

có thể điều khiển tự do như mình đang ở tại đó

Với mục tiêu như trên, nhóm chúng tôi đã tạo ra phần mềm chạy trên nền Web để điều khiển giam sát hệ thống Hệ thống tưới có thể sử dụng linh hoạt, dễ dàng điều khiển và thiết lập chế độ như mình mong muốn

MỤC LỤC

TRÍCH YẾU I MỤC LỤC II DANH MỤC HÌNH ẢNH III LỜI CẢM ƠN IV NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN V

NHẬP ĐỀ 1

1 TỔNG QUAN 2

1.1 Mục tiêu đề tài 2

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

2.1 Phần cứng 2

2.2 Giao thức 5

3.1 Kết quả thực hiện 7

3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 8

4.1 Kết quả đạt được 8

4.2 Đánh giá 9

4.3 Hướng phát triển 10

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Arduino Uno 2

Hình 3 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 3

Hình 5 Module cảm biến mưa 3

Hình 6 Module 2 Relay với Opto cách ly 4

Hình 7 Module máy bơm mini 4

Hình 8 Mô tả hoạt động 5

Hình 9 Mô tả URL 6

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu nghiên cứu khoa học đến nay, nhóm đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Tú đã tận tâm hướng dẫn nhóm và đóng góp ý kiến cho nhóm trong suốt cả quá trình

Nhóm xin chân thành cám ơn.!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Ngày Tháng Năm

Ký tên

NHẬP ĐỀ

Lĩnh vực công nghệ thông tin ngày nay không còn bó gọn trong khuôn khổ là phát triển các ứng dụng, phần mềm trong doanh nghiệp chuyên biệt nhưng nó còn bao gồm việc phát triển những công cụ thiết bị phần cứng để nhầm đáp ứng những yêu cầu các doanh nghiệp cũng như đời sống đưa ra Việc ứng dụng các hệ thống thông minh vào trong đời sống không còn khá xa lạ nữa Các hệ thống giúp các công việc được nhanh chóng, thuận tiện, và chính xác hơn Thông qua đề án này, nhóm chúng tôi muốn giới thiệu về một lĩnh vực còn khá mới với sinh viên Công Nghệ Thông Tin Hi vọng đề án này sẽ là một động lực mới để phát triển lĩnh vực có thể không mới đối với thế giới hiện nay, nhưng khá mới ở các ngành Công Nghệ Thông Tin trong các trường hiện nay

1 TỔNG QUAN

1.1 Mục tiêu đề tài

Với đề tài đã chọn là điều khiển hệ thống tưới tiêu thông qua Internet thì nhóm sẽ cần làm 2 công việc chính đó là xây dụng hệ thống tưới nước và phát triển một ứng dụng dùng để kích hoạt hệ thống tưới tiêu đó

Về phần cứng, hệ thống có thể tưới, bơm và xả nước Thông báo nhiệt độ, độ ẩm của mô trường cây trồng, cân bằng lượng nước và nhiệt độ qua từng giờ

Về phần mềm, ứng dụng có thể lưu trữ dữ liệu của cây trồng lên thẻ SD, tưới nước thông qua

1 web server, tự động tưới nước theo mục cài đặt sẵn, cho khách hàng lời khuyên cũng như những thông tin chính xác về độ ẩm, nhiệt độ, chăm sóc cây ra làm sao, tưới tiêu như thế nào

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phần cứng

Arduino Uno

Là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử Arduino gồm có board mạch có thể lập trình được ( thường gọi là vi điều khiển ) và các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương cho board [1]

Hình 1 Arduino Uno

Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22

Module có chức năng cảm biến nhiệt độ và độ ẩm theo các giá trị khác nhau, từ đó chuyền sang chân Analog để mạch tổng hợp rồi xuất thông số theo chuẩn ra màn hình

Hình 2 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22

Module cảm biến mưa

Hình 3 Module cảm biến mưa

Module có chức năng nhận biết mực nước để định lượng lượng nước trong môi trường cây trồng, từ đó có thể bơm hoặc xả nước 1 cách hợp lí Nguồn cần là 5V và tín hiệu ra là Analog

Module 2 Relay với Opto cách ly

Hình 4 Module 2 Relay với Opto cách ly

Module 2 relay thích hợp cho các ứng dụng đóng ngắt điện thế cao AC hoặc DC, các thiết bị tiêu thụ dòng lớn, module thiết kế nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly, kích đóng bằng mức thấp (0V) phù hợp với mọi loại MCU và thiết kế có thể sử dụng

Module máy bơm mini 12V-10A

Hình 5 Module máy bơm mini

Đây là một trong những module quan trọng nhất của đề án nhóm chúng tôi Với

module thì vấn đề thiếu áp lực ở đầu phun được giải quyết khá triệt để Tuy máy có vẻ nhỏ gọn nhưng công suất khá mạnh có thể đáp ứng được những tiêu chí đề ra là vườn cây Về nguồn điện sử dụng cho máy bom cũng khá là hay khi sử dụng dòng 12V thay cho dòng lớn hơn do đó giảm việc gây giật điện cho rò rỉ nước Điểm khuyết là do dùng dòng khá cao nên việc đáp ứng đủ công suất bằng cách tăng cường độ dòng điện nên việc kiếm Adapter để đáp ứng cho module là khá khó Ở đây chúng tôi đơn cử là phải sử dụng nguồn máy tính 12V-9A trong đồ án của nhóm chúng tôi

2.2 Giao thức

Giao thức HTTP

HTTP là một trong những chuẩn khá phổ biến và hầu như xuất hiện thường xuyên trong cuộc sống hiện nay HTTP (Hypertext Transfer Protocol) nó là chuẩn trong việc truyền dữ liệu và nằm ở lớp Application trong OSI HTTP giúp việc truyền tải những dữ liệu giữa server và client một cách dễ dàng [8]

HTTP cho phép việc giao tiếp giữa nhiều server và client, và hỗ trợ nhiều các dạng cấu hình mạng Thường thì giao tiếp của HTTP thông qua giao thức TCP/IP ở lớp dưới của nó Cổng mặc định của HTTP là cổng 80 nhưng chúng ta hoàn toàn có thể thay đổi nó một cách sao cho phù hợp với những ứng dụng mà chúng ta xây dựng

Hình 8 Mô tả hoạt động

Như chúng ta có thể thấy việc giao tiếp giữa server và client trong giao thức HTTP là thông qua các request và response Và sau đây là cách thức để request từ client lên server thông qua một URL (Uniform Resource Locators)

Hình 9 Mô tả URL

Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy được domain đây là địa chỉ đường dẫn tới server Sau đó

là port của server đó sau đó là đường dẫn đến ứng dụng đó và truyền các tham số để truy vấn

một tác vụ nào đó

HTTP có các hành động để giúp máy chủ có thể hiểu tác vụ đó là loại như thế nào Sau đây là

các hành động có thể dễ dàng nhận thấy ở HTTP:

GET: là giao thức chỉ cần trả lại những giá trị có trong request mà không thay đổi bất cứ thứ

gì trên Server

PUT: là giao thức cập nhật dữ liệu trên server

DELETE: là giao thức xóa tài nguyên dữ liệu trên server

POST: dùng để tạo (Create) ra một dòng dữ liệu trên server

Ngoài ra HTTP còn hỗ trợ bảng mã lỗi (Error Code) để thuận tiện trong việc xử lí lỗi Có thể

kể đến một số thường thấy như sau:

Mã bắt đầu bằng 2xx: là mã request thành công

Mã 404: mã không tồn tại dữ liệu trên máy chủ hoặc đường địa chỉ không hợp lệ

[7]Mã 403: Server từ chối request

Mã bắt đầu bằng 5xx: lỗi từ Server

Giao thức TCP/IP

Là một trong những thứ chính yếu nhất của giao thức TCP/IP Là một phương thức truyền

giữa các server hay client với nhau TCP sẽ tạo kết nối giữa 2 máy và gửi tín hiệu đi và cắt

kết nối khi không có request giữa server và client So với UDP thì TCP có những đặc điểm

như sau:

• Truyền dữ liệu đảm bảo không bị mất

• Truyền dữ liệu lại nếu có bên nhận chưa nhận hết

• Loại bỏ những dữ liệu trùng lắp nếu truyền bị nhận đến 2 lần

3.1 Kết quả thực hiện

Sau 15 tuần thực hiện, chúng tôi đã đạt được những kết quả khả quan và rút ra những kinh nghiệm sẽ giúp cho công việc sau này như:

Về phần cứng, chúng tôi đã xây dựng một hệ thống tưới tích hợp máy bơm và mạch là Arduino Uno dùng để điều khiển và kiểm soát thiết bị như:

• Cảm biến mưa

• Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

• Thẻ lưu trữ dữ liệu

• Máy bơm

Bên cạnh đó hệ thống còn được trang bị Internet Card dùng nó như một router để kết nối với Web với Arduino Uno để điều khiển hệ thống tưới theo ý muốn Băng thông đủ đề truyền tính hiệu qua lại gồm có dữ liệu và các gói tin

Về phần mềm, chúng tôi đã phát triển một ứng dụng dùng để điều khiển những máy bơm và cũng như nhận dữ liệu từ phần cứng về Web Server

3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 Kết quả đạt được

Nhóm có cơ hội ôn lại cũng như tìm hiểu nhiều kiến thức mới và các kĩ năng khác:

Nhóm đã hoàn tất các chức năng theo yêu cầu của đề

Kĩ năng làm việc nhóm được nâng cao, qua đó phân chia công việc tốt hơn

Tìm hiểu về phần cứng như động cơ máy bơm, hệ thống tưới, module khác nhau Cách hoạt động của các phần cứng nêu trên Biết cách lập trình về phần cứng

4.2 Đánh giá

Đây là lần đầu nhóm tiếp cận một đề tài vừa liên quan tới phần cứng và phần mềm nên trong quá trình làm có gặp phải nhiều trở ngại nhưng vẫn hoàn thành được mục tiêu ban đầu đưa ra Phần cứng:

Máy bơm của hệ thống hoạt động tốt, dữ liệu trả về có phông chữ khá rõ ràng, tốc độ xử lí tương đối ổn định

Vòi phun của hệ thống hoạt động tốt, tốc độ khá nhanh, lực mạnh và ổn định

Các cảm biến hoạt động bình thường, tuy nhiên đôi khi xử lí không được chính xác

Phần mềm:

Giao diện đơn giản, dễ sử dụng các nút bấm được phân bố hợp lí

Nhập và xuất dữ liệu rõ ràng, khoa học

4.3 Hướng phát triển

Nếu có thêm thời gian, nhóm sẽ:

Về phần cứng:

• Thiết kế lại hộp của hệ thống cho gọn hơn, đẹp hơn

• Sử dụng động cơ bơm để điều khiển cho hộp tự động xả hoặc bơm nước

• Băng thông để truyền tải gói tin, dữ liệu từ hộp hệ thống đến Web lớn hơn

Về phần mềm:

• Có nhiều lựa chọn trong cách điều khiển hệ thống

• Giao diện cần được làm đẹp hơn

• Sẽ phát triển lên hệ điều hành dành cho điện thoại: Android, IOS, WindowsPhone

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Wikipedia, “Arduino”, June 10th 2015 [Trực tuyến] Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [Đã truy cập 23 June 2015]

[4] Hshop, “2 Relay với Opto cách ly,” 4 September 2014 [Trực tuyến] Available: http://hshop.vn/mach-dien/module/module-dong-ngat/2-relay-with-opto-cach-ly [Đã truy cập 23 June 2015]

[8] Wikipedia, “Hypertext Transfer Protocol,” 8 June 2015 [Trực tuyến] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol [Đã truy cập 15 June 2015]

[9] Apple, “Model-View-Controller,” 17 September 2013 [Trực tuyến] Available: https://developer.apple.com/library/mac/documentation/General/Conceptual/Dev Pedia-CocoaCore/MVC.html [Đã truy cập 17 June 2015]

[10] Apple, “About the iOS Technologies,” 17 September 2014 [Trực tuyến] Available:

https://developer.apple.com/library/ios/documentation/Miscellaneous/Conceptua l/iPhoneOSTechOverview/Introduction/Introduction.html#//apple_ref/doc/uid/T P40007898-CH1-SW1 [Đã truy cập 15 June 2015]

[11] Wikipedia, “Objective-C,” 31 May 2015 [Trực tuyến] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Objective-C [Đã truy cập 15 June 2015]