Nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn

Nghi1. Tính cấp thiết Rau xanh là loại thực phẩm thiết yếu của cuộc sống con người, cung cấp phần lớn khoáng chất và vitamin, góp phần cân bằng dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày. Hiện nay ở Việt Nam, một trong những vấn đề cần được giải quyết là ô nhiễm môi trường và an toàn thực phẩm. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến thực trạng trên, trong đó việc lạm dụng hoá chất độc hại, thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng, sử dụng nguồn đất và nước ô nhiễm để trồng rau đang ngoài tầm kiểm soát... Đa phần người tiêu dùng chủ yếu tiêu thụ các sản phẩm nông nghiệp như rau xanh, hoa quả không rõ nguồn gốc. Theo một số liệu thống kê, trong một năm, cả nước xảy ra hơn 170 vụ ngộ độc thực phẩm với gần 5.000 người mắc. Vấn đề an toàn thực phẩm (ATTP) trong nông nghiệp đang diễn biến rất phức tạp, người tiêu dùng, kể cả người tiêu dùng làm nghề quản lý an toàn thực phẩm cũng không thể biết được mớ rau, đang bày bán có an toàn cho sức khỏe hay không? Nếu như không có thông tin về việc chúng được kiểm soát an toàn thực phẩm trong suốt quá trình trồng, thu hoạch, chế biến, bảo quản đến khi bày bán như thế nào? Số liệu thống kê từ UBND Thành phố Hà Nội cho thấy, đến tháng 10/2015, Hà Nội mới chỉ có khoảng 5000 ha rau an toàn, chỉ đáp ứng 30% nhu cầu của người dân. Những người dân thành thị như Hà Nội, TP HCM hay các địa phương khác đang rất “ngán” gặp phải thực phẩm bẩn. Qua diễn đàn trực tuyến Vườn Rau Xanh, gần đây, số lượng thành viên của diễn đàn đã tăng mạnh mẽ, từ hơn 2.000 người trong năm 2015, đến nay đã xấp xỉ 19.000 thành viên. Thành viên của diễn đàn chủ yếu là người dân thành thị vì nhiều nguyên nhân khác nhau mà đến với việc trồng rau xanh. Chính vì vậy nhóm đã phát triển hệ thống trồng cây tự động theo quy trình khép kín có khả năng tự điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng theo tiêu chuẩn của cây trồng. Phương thức chăm bón được điều kiển từ xa và hoàn toàn tự động trong môi trường khép kín, tránh được sâu bệnh, nhờ vậy giảm được công sức, thời gian cho người trồng và cho sản phẩm chất lượng vượt trội. Đặc biệt, vì không sử dụng chất hóa học nông nghiệp nên rau an toàn với người sử dụng, đáp ứng đối tương cư dân đô thị, những người có không gian lại không có thời gian trồng nhưng vẫn muốn và có thể trồng rau sạch phục vụ nhu cầu của gia đình. Hệ thống bao gồm các module được kết nối với nhau qua một khối xử lý trung tâm được xây dựng trên nền tảng máy tính Mini OrangePi Onecủa hãng sản xuất Raspberry Pi Foundation. Các module này lần lượt như sau: - Module điều khiển cường độ ánh sáng. - Module cảm biến độ ẩm. - Module cảm biến nhiệt độ. 2. Mục tiêu của đề tài Đề tài nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn rau an toàndo nhóm nghiên cứu khoa học đề xuất nhằm đạt được các mục đích sau: - Giảm được công sức, thời gian cho người trồng và cho sản phẩm chất lượng vượt trội. - Hệ thống cảm biến sẽ thu thập mọi thông tin về môi trường như nhiệt độ,độ ẩm, nhiệt độ … từ đó có những điều chỉnh phù hợp với điều kiện phát triển của cây - Nâng cao khả năng nghiên cứu và tự nghiên cứu của sinh viên. 3. Phương pháp tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của đề tài 3.1 Phương pháp tiếp cận Dựa vào các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng v..v)có sẵn của các hãng, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu bắt tay vào việc thiết kế phần cứng theo các yêu cầu của đề tài. Ngoài ra nhóm nghiên cứu không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu phần cứng liên quan đến việc thiết kế cũng như các tính năng nhiệm vụ của các cảm biển, điều khiển để có một nền tảng hiểu biết vững chắc phục vụ cho việc thiết kế hệ thống. Nhóm nghiên cứu tích cực tìm hiểu, tiếp cận với các công nghệ tiên tiến trên thế giới về chế tạo, lắp ráp mạch . Bên cạnh đó, nhóm cũng tích cực tìm kiếm các cơ hội tiếp cận với các nghiên cứu công nghệ trên thế giới. Để có được sản phẩm công nghệ cao, tối ưu hóa về nhiều mặt và có khả năng kết nối với các hệ thống có sẵn, nhóm nghiên cứu tích cực nắm bắt các tiến bộ về mặt học thuật từ cộng đồng nghiên cứu, phát triển hệ thống nhúng sử dụng máy tính mini OrangePi One. 3.2 Phương pháp nghiên cứu Kiểm tra hoạt động của các kit nhúng OrangePi One. Thông qua đó tích lũy những kinh nghiệm quý báu cho việc thiết kế, lập trình cho hệ thống. Xây dựng từng phần các module phần cứng kết hợp với các phương pháp, kỹ thuật mô phỏng (Simulation). Đánh giá tính khả thi và điều chỉnh các chỉ tiêu hệ thống để hệ thống đạt được chất lượng cao, giảm thiểu nhiễu tối đa. Dựa trên các kỹ thuật đo thử, kiểm tra nên ở cuối mỗi quá trình đều thực hiện việc kiểm tra, đánh giá (test and verification) để giảm thiểu các rủi ro đáng tiếc có thể xảy ra, tiết kiệm về mặt thời gian và chi phí. 4. Phạm vi nghiên cứu Để xây dựng được nội dung nghiên cứu chính của đề tài, nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch cụ thể để thực hiện. Các nội dung này được phân chia theo một trật tự nhất định và xây dựng dựa trên các nền tảng kiến thức cơ bản đi từ mức độ đơn giản và nâng dần sự phức tạp trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống. - Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài có thể được phân chia như sau: + Nghiên cứu máy tính mini OrangePi One Vi xử lý trên Orange Pi One là Allwinner H3 có tốc độ 1.2 GHz sử dụng 4 nhân ARM Cortex-A7, chip đồ họa Mali-400MP2, RAM 512MB và một khe cắm thẻ nhớ microSD phục vụ lưu trữ mở rộng. Orange Pi One được tích hợp khá nhiều cổng kết nối trong đó có một cổng HDMI, cổng Ethernet 10/100, USB 2.0, microUSB, cổng kết nối camera, màn hình và đầy đủ chân cắm GPIO như một vi mạch điều khiển thông thường. Máy hỗ trợ sạc thông qua bộ nguồn 5V 2A và không hỗ trợ sạc qua cổng microUSB. + Nghiên cứu các loại cảm biến phục vụ cho mục đích của đề tài Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu sử dụng cảm biến cường độ ánh sáng để đo và nhận biết được ánh sáng của môi trường và cảm biến nhiệt độ để đo và nhận biết được nhiệt độ môi trường. + Xây dựng các module thành phần của hệ thống Sau khi đã quyết định lựa chọn loại cảm biến và hãng sản xuất, nhóm nghiên cứu chuyển sang nghiên cứu thiết kế và xây dựng các module thành phần của hệ thống. Dựa trên các loại cảm biến cũng như mục đích của đề tài, nhóm sẽ chia các module thành phần như sau: + Module thông tin đầu vào là thông tin từ cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến độ ầm và cảm biến nhiệt độ. + Module thông tin đầu ra điều khiển các thiết bị bật tắt theo các chức năng định trước. - Module điều khiển trung tâm của hệ thống là máy tính mini OrangePi One. ên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Hoàng Dũng Sinh viên thực : Lê Văn Hữu Trần Văn Phóng Trần Văn Đông Đỗ Văn Lợi Hà Nội, tháng năm 2016 THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Tên đề tài - Nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn - Lĩnh vực: Kỹ thuật - Hướng: Ứng dụng Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Hoàng Dũng Danh sinh viên tham gia STT Họ tên Phân công công việc Thiết kế web, lập trình điều khiển Tiến độ Đã hoàn thành Lớp K15B Lê Văn Hữu TrầnVăn Phóng Trần Văn Đông Đỗ Văn Lợi Thiết lập server Thiết kế phần cứng mạch Thiết kế thi công mô hình vườn Đã hoàn thành Đã hoàn thành Đã hoàn thành K15C K15B K15C Thời gian thực Từ 01 tháng 01 năm 2015 đến 14 tháng năm 2016 Thời gian kết thúc thực tế (thời điểm nộp báo cáo kết quả) Tháng 05 năm 2016 MỤC LỤC Lời cảm ơn Trong thời gian làm đề tài nghiên cứu, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cô, gia đình bạn bè Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Hoàng Dũng, tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Viện Đại Học Mở nói chung, thầy cô Khoa Công Nghệ Điện Tử, Viễn Thông nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em suốt trình học tập hoàn thành đề tài nghiên cứu TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Sau thời gian nghiên cứu thiết kế, nhóm nghiên cứu tạo hệ thống giám sát vườn theo yêu cầu sau: • Chăm sóc việc trồng rau xanh tự động • Giám sát, điều khiển hệ thống qua web • Thu thập thông tin môi trường nhiệt độ, độ ẩm, nhiệt độ … từ có điều chỉnh phù hợp với điều kiện phát triển Các kết phù hợp với yêu cầu đặt ngày từ lúc thuyết minh ban đầu Các kết về: • Kỹ thuật: Xây dựng cấu hình hoàn chỉnh hệ thống có khả tự động chăm sóc rau an toàn cách khống chế nhiệt độ, độ ẩm, cường độa ánh sáng,… thông qua thiết bị (máy bơm nước, đèn chiếu sáng, mái che,…) sử dụng điện lưới có điện áp xoay chiều 220V tần số 50Hz với việc đóng mở rơ le Đồng thời thu thập thông tin chuyền tải lên web thuận tiện cho việc giám sát vườn trồng Qua góp phần ứng dụng vào ngành nông nghiệp đại, phục vụ nhu cầu cung cấp rau an toàn cho người sử dụng • Thực tiễn: Sản phẩm giúp giảm công sức lao động, thời gian cho người trồng cho chất lượng sản phẩm vượt trội Trong nông nghiệp triển khai cho dự án trồng nhà kính, mô hình sản xuất rau an toàn với quy mô lớn Giúp kiểm soát tốt khâu trung gian hệ thống, đồng thời vận hành hệ thống dễ dàng, quản lý bảo dưỡng hệ thống nhanh, thuận tiện PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Rau xanh loại thực phẩm thiết yếu sống người, cung cấp phần lớn khoáng chất vitamin, góp phần cân dinh dưỡng bữa ăn hàng ngày Hiện Việt Nam, vấn đề cần giải ô nhiễm môi trường an toàn thực phẩm Có nhiều nguyên nhân dẫn đến thực trạng trên, việc lạm dụng hoá chất độc hại, thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng, sử dụng nguồn đất nước ô nhiễm để trồng rau tầm kiểm soát Đa phần người tiêu dùng chủ yếu tiêu thụ sản phẩm nông nghiệp rau xanh, hoa không rõ nguồn gốc Theo số liệu thống kê, năm, nước xảy 170 vụ ngộ độc thực phẩm với gần 5.000 người mắc Vấn đề an toàn thực phẩm (ATTP) nông nghiệp diễn biến phức tạp, người tiêu dùng, kể người tiêu dùng làm nghề quản lý an toàn thực phẩm biết mớ rau, bày bán có an toàn cho sức khỏe hay không? Nếu thông tin việc chúng kiểm soát an toàn thực phẩm suốt trình trồng, thu hoạch, chế biến, bảo quản đến bày bán nào? Số liệu thống kê từ UBND Thành phố Hà Nội cho thấy, đến tháng 10/2015, Hà Nội có khoảng 5000 rau an toàn, đáp ứng 30% nhu cầu người dân Những người dân thành thị Hà Nội, TP HCM hay địa phương khác “ngán” gặp phải thực phẩm bẩn Qua diễn đàn trực tuyến Vườn Rau Xanh, gần đây, số lượng thành viên diễn đàn tăng mạnh mẽ, từ 2.000 người năm 2015, đến xấp xỉ 19.000 thành viên Thành viên diễn đàn chủ yếu người dân thành thị nhiều nguyên nhân khác mà đến với việc trồng rau xanh Chính nhóm phát triển hệ thống trồng tự động theo quy trình khép kín có khả tự điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng theo tiêu chuẩn trồng Phương thức chăm bón điều kiển từ xa hoàn toàn tự động môi trường khép kín, tránh sâu bệnh, nhờ giảm công sức, thời gian cho người trồng cho sản phẩm chất lượng vượt trội Đặc biệt, không sử dụng chất hóa học nông nghiệp nên rau an toàn với người sử dụng, đáp ứng đối tương cư dân đô thị, người có không gian lại thời gian trồng muốn trồng rau phục vụ nhu cầu gia đình Hệ thống bao gồm module kết nối với qua khối xử lý trung tâm xây dựng tảng máy tính Mini OrangePi One hãng sản xuất Raspberry Pi Foundation Các module sau: - Module điều khiển cường độ ánh sáng - Module cảm biến độ ẩm - Module cảm biến nhiệt độ Mục tiêu đề tài Đề tài nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn rau an toàn nhóm nghiên cứu khoa học đề xuất nhằm đạt mục đích sau: - Giảm công sức, thời gian cho người trồng cho sản phẩm chất lượng vượt trội - Hệ thống cảm biến thu thập thông tin môi trường nhiệt độ, độ ẩm, nhiệt độ … từ có điều chỉnh phù hợp với điều kiện phát triển - Nâng cao khả nghiên cứu tự nghiên cứu sinh viên Phương pháp tiếp cận phương pháp nghiên cứu đề tài 3.1 Phương pháp tiếp cận Dựa vào cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng v v) có sẵn hãng, nhóm nghiên cứu bắt đầu bắt tay vào việc thiết kế phần cứng theo yêu cầu đề tài Ngoài nhóm nghiên cứu không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu phần cứng liên quan đến việc thiết kế tính nhiệm vụ cảm biển, điều khiển để có tảng hiểu biết vững phục vụ cho việc thiết kế hệ thống Nhóm nghiên cứu tích cực tìm hiểu, tiếp cận với công nghệ tiên tiến giới chế tạo, lắp ráp mạch Bên cạnh đó, nhóm tích cực tìm kiếm hội tiếp cận với nghiên cứu công nghệ giới Để có sản phẩm công nghệ cao, tối ưu hóa nhiều mặt có khả kết nối với hệ thống có sẵn, nhóm nghiên cứu tích cực nắm bắt tiến mặt học thuật từ cộng đồng nghiên cứu, phát triển hệ thống nhúng sử dụng máy tính mini OrangePi One 3.2 Phương pháp nghiên cứu Kiểm tra hoạt động kit nhúng OrangePi One Thông qua tích lũy kinh nghiệm quý báu cho việc thiết kế, lập trình cho hệ thống Xây dựng phần module phần cứng kết hợp với phương pháp, kỹ thuật mô (Simulation) Đánh giá tính khả thi điều chỉnh tiêu hệ thống để hệ thống đạt chất lượng cao, giảm thiểu nhiễu tối đa Dựa kỹ thuật đo thử, kiểm tra nên cuối trình thực việc kiểm tra, đánh giá (test and verification) để giảm thiểu rủi ro đáng tiếc xảy ra, tiết kiệm mặt thời gian chi phí Phạm vi nghiên cứu Để xây dựng nội dung nghiên cứu đề tài, nhóm nghiên cứu lên kế hoạch cụ thể để thực Các nội dung phân chia theo trật tự định xây dựng dựa tảng kiến thức từ mức độ đơn giản nâng dần phức tạp việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống - Các nội dung nghiên cứu đề tài phân chia sau: + Nghiên cứu máy tính mini OrangePi One Vi xử lý Orange Pi One Allwinner H3 có tốc độ 1.2 GHz sử dụng nhân ARM Cortex-A7, chip đồ họa Mali-400MP2, RAM 512MB khe cắm thẻ nhớ microSD phục vụ lưu trữ mở rộng Orange Pi One tích hợp nhiều cổng kết nối có cổng HDMI, cổng Ethernet 10/100, USB 2.0, microUSB, cổng kết nối camera, hình đầy đủ chân cắm GPIO vi mạch điều khiển thông thường Máy hỗ trợ sạc thông qua nguồn 5V 2A không hỗ trợ sạc qua cổng microUSB + Nghiên cứu loại cảm biến phục vụ cho mục đích đề tài Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu sử dụng cảm biến cường độ ánh sáng để đo nhận biết ánh sáng môi trường cảm biến nhiệt độ để đo nhận biết nhiệt độ môi trường + Xây dựng module thành phần hệ thống Sau định lựa chọn loại cảm biến hãng sản xuất, nhóm nghiên cứu chuyển sang nghiên cứu thiết kế xây dựng module thành phần hệ thống Dựa loại cảm biến mục đích đề tài, nhóm chia module thành phần sau: + Module thông tin đầu vào thông tin từ cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến độ ầm cảm biến nhiệt độ + Module thông tin đầu điều khiển thiết bị bật tắt theo chức định trước - Module điều khiển trung tâm hệ thống máy tính mini OrangePi One PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đặt vấn đề Ứng dụng web server ngày phát triển, đặc biệt lĩnh vực đời sống: y tế, khoa học, giao thông,… hết hoạt động giám sát từ xa phục vụ cho nhu cầu người, điều khiển thiết bị Có thể nói hệ thống nhà thông minh, áp dụng vào nông nghiệp hạn chế mạnh nước ta nông nghiệp Mô hình phát triển số nước Với điều kiện, thuận lợi công nghệ, với kiến thức học nhóm muốn nghiên cứu xây dựng mô hình web phục vụ cho hoạt động trồng cây, giúp cho người nông dân giảm sức lao động đem lại xuất lao động cao Hệ thống quản lý trồng tự động theo quy trình khép kín có khả tự điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng theo tiêu chuẩn trồng Sau qua rơ le để điều khiển đóng ngắt thiết bị điện xoay chiều Các nghiên cứu nước Có thể nói Israel, Singapore Nhật Bản quốc gia tiên phong phát triển nông nghiệp cao với công nghệ chăm sóc trồng vô độc đáo hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống tưới phun xương, hệ thống tưới phun mưa, hệ thống tưới cảnh quan hệ thống thủy canh trồng không dùng đất Và gần hướng đến nhu cầu trồng diện tích nhỏ hẹp có thêm giải pháp Trồng rau xanh "nông trại thẳng đứng" (vertical farm) xu hướng quan tâm nhiều nơi vừa tận dụng tối đa diện tích canh tác, vừa cho rau với sản lượng lớn, phục vụ nhu cầu cho nhiều hộ gia đình Nước ta thuật ngữ nông nghiệp cao không xa lạ với nhiều người chi phí đầu tư hệ thống chăm sóc tự động cao phải nhập chủ yếu từ nước ngoài, dẫn đến việc nhân rộng mô hình chưa phổ biến, hạn chế hệ thống chăm sóc tự động chủ yếu hướng tới đối tượng người dùng phải có diện tích trồng rộng lớn, chưa trọng đến thị trường người dùng có diện tích trồng eo hẹp Trong nước có nhiều nghiên cứu hệ thống tưới tự động kỹ sư Vi Toàn Nghĩa (2013) , sau hàng loạt công trình nghiên cứu hệ thống trồng điều khiển từ xa, hệ thống trồng tự động hướng đến phân khúc người sử dụng có quỹ diện tích eo hẹp Nhưng hạn chế nghiên cứu chưa tận dụng hạ tầng internet có để mở rộng người dùng với hệ thống tròng có giám sát tự động từ xa, hướng đến người dùng có diện tích trồng eo hẹp, thời gian chăm sóc muốn có khu vườn trồng rau an toàn riêng Đề xuất giải pháp 3.1 Giám sát tự động hệ thống trồng thủy canh 3.1.1 Ưu điểm - Kiểm soát dinh dưỡng trồng ưu điểm thủy canh môi trường dinh dưỡng nghiên cứu kỹ trước trồng Mọi chất dinh dưỡng thủy cần thiết cho phát triển phát sinh trồng thiết phải kiểm soát nồng độ thích hợp cho loại trồng lọai môi trường số nguyên tố gây hại cho khui mức dư lượng khống chế giới hạn an toàn dùng nguyên tố khác lọai bỏ - Không cần đất, cần không gian đặt hộp dụng cụ trồng, triển khai vùng đất cằn cỗi hải đảo, vùng núi xa xôi, gia đình sân thượng, balcon - Trồng nhiều vụ, trồng trái vụ - Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh hóa chất độc hại khác - Năng suất cao trồng liên tục - Sản phẩm hoàn toàn sạch, giàu dinh dưỡng, đồng hoàn toàn tươi ngon - Không tích lũy chất độc gây ô nhiễm môi trường - Không đòi hỏi lao động nặng nhọc, người già, trẻ em điều tham gia hiệu làm đất, cỏ dại, không cần tuới - Dễ dàng khử trùng giá thể có tính trơ mặt hóa học nên việc lưu chất dinh dưỡng trồng nên khử trùng formandehyt thuốc tẩy rửa lại nước giá thể than bùn khử trùng xông cho tái sử dụng - Dễ dàng tưới tiêu ưu điểm lớn so với phương pháp trròng trọt truyền thống áp dụng kỹ thuật màng dinh dưỡng trồng nước nhờ sử dụng hệ thống ống phun ống đục lỗ 3.1.2 Nhược điểm - Chỉ trồng loại rau, ngắn ngày - Giá thành sản xuất cao 10 Brendan Eich Hãng truyền thông Netscape với tên Mocha, sau đổi tên thành LiveScript, cuối thành JavaScript Giống Java, JavaScript có cú pháp tương tự C, gần với Self Java .js phần mở rộng thường dùng cho tập tin mã nguồn JavaScript - Jquery: JQuery thư viện kiểu Javascript giúp đơn giản hóa cách viết Javascript tăng tốc độ xử lý kiện trang web JQuery thêm tương tác Ajax vào website JQuery thiết kế để thay đổi cách viết Javascript lập trình viên Chỉ với 10 dòng lệnh JQuery bạn thay 20 chục dòng lệnh DOM JavaScript bới mà mang slogan “The Write Less, Do More…” 4.2.6 Giải thuật lưu đồ đăng nhập Hình 2.11: Lưu đồ thể chức đăng nhập Muốn truy cập web giám sát trước tiên bạn cần truy cập với quyền hạn thành viên quản trị hệ thống Khi đăng nhập thành công bạn dẫn tới trang chủ, bạn quản lý, cài đặt, giám sát, … vườn trồng Kết nối đến sở liệu (tạo file mysql.php) 41 chương trình tạo giao diện đăng nhập OrangePI Login Form SiteOrangePI 4.3 Hệ quản trị sở liệu Mysql 4.3.1 Sơ lược Mysql - My SQL gì? MySQL phần mềm quản trị CSDL mã nguồn mở, miễn phí nằm nhóm LAMP (Linux - Apache -MySQL - PHP) - Tại lại sử dụng MySQL? MySQL phần mềm miễn phí hoàn toàn, ổn định, an toàn 42 - Một số đặc điểm MySQL MySQL phần mềm quản trị CSDL dạng server-based (gần tương đương với SQL Server Microsoft) MySQL quản lý liệu thông qua CSDL, CSDL có nhiều bảng quan hệ chứa liệu MySQL có chế phân quyền người sử dụng riêng, người dùng quản lý nhiều CSDL khác nhau, người dùng có tên truy cập (user name) mật tương ứng để truy xuất đến CSDL Khi ta truy vấn tới CSDL MySQL, ta phải cung cấp tên truy cập mật tài khoản có quyền sử dụng CSDL Nếu không, không làm 4.3.2 Các câu lệnh SQL - SELECT: Phát biểu SQL dạng SELECT phát biểu yêu cầu MySQL truy vấn liệu sở liệu định.SELECT dùng để đọc thông tin từ sở liệu theo trường trường hợp quy định hay biểu thức cho trường hợp Mệnh đề FROM tên bảng hay bảng có quan hệ cần truy vấn thông tin Mệnh đề WHERE để tạo nên điều kiện cần lọc mẩu tin theo tiêu chuẩn định nghĩa Thông thường WHERE dùng cột (trường) để so sánh với giá trị cột khác,hay biểu thức chứa cột (trường) có bảng (table) Phát biểu SQL có dạng: SELECT * FROM {table} WHERE {condictions} - UPDATE: Phát biểu SQL dạng UPDATE dùng cập nhật lại liệu tồn bảng.Khi UPDATE dùng cập nhật liệu cho mẩu tin định thường lệnh sử dụng chung với mệnh đề WHERE Nếu cập nhật tất mẩu tin bảng bạn bỏ mệnh đề WHERE Cấu trúc sau: UPDATE SET =[WHERE ] - INSERT: 43 Khi cần thêm mẩu tin vào bảng (table) CSDL MySQL ,bạn có nhiều cách để thực công việc này, để sử dụng phát biểu SQL mang tính chuyên nghiệp bạn cần sử dụng phát biểu INSERT Khi thêm liệu, cần ý kiểu liệu giống tương ứng với kiểu liệu khai báo cột ( column ), không phù hợp lỗi phát sinh Muốn INSERT vào CSDL ta có cấu trúc sau: INSERT INTO [] Kết luận Kết thúc chương nhóm phân tích khối hệ thống điều khiển, đưa phương pháp thực hiện, nắm bắt trình chế tạo phần cứng lập trình phần mềm điều khiển 44 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI PHUN SƯƠNG Vật liệu phương pháp 1.1 Vật liệu Hệ thống tưới phun sương tự động cho hiệu cao loại rau hấp thụ dinh dưỡng qua lá; loại có thân, mềm dễ bị dập nát hệ thống trồng đất mềm, nhiều cát, độ tích trữ nước Khi hạt phun sương không tạo dòng chảy mặt đất, không phá vỡ cấu trúc đất 1.2 Phương pháp Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết sở vận dụng kết nghiên cứu công trình nước để xây dựng hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động phục vụ sản xuất rau giai đoạn vườn ươm quy mô nhỏ Dựa quy trình công nghệ sản xuất rau an toàn nhà lưới số liệu thống kê, từ xây dựng toán điều khiển Hệ thống kiểm nghiệm hiệu chỉnh nhiệt độ nhà lưới cách sử dụng thiết bị đo hãng KoBold chế tạo với độ xác đạt (±2,5%) Thiết kế giám sát, điều khiển hệ thống tưới phun sương 2.1 Mô hình hệ thống tưới phun sương Khí hậu Hà Nội tiêu biểu cho vùng Bắc với đặc điểm khí hậu cận nhiệt đới ẩm, mùa hè nóng, mưa nhiều mùa đông lạnh, mưa đầu mùa có mưa phùn nửa cuối mùa Để phù hợp với khí hậu Hà Nội, nhà lưới cần có mái tam 45 giác, xạ mặt trời vào sáng chiều vuông góc với vườn Vào trưa nắng gắt, lượng xạ nhận diện tích canh tác lại giảm bị phản xạ nhiều Hướng đặt theo hướng Tây Bắc - Đông Nam để sử dụng luồng khí mát gió đông nam thổi từ tháng đến tháng miền Bắc Việt Nam Vườn bố trí thành luống trồng đường vào để thu hoạch chăm sóc cho dễ dàng tiết kiệm diện tích Đường trục vườn có khoảng cách 0,8m Các đường nhánh xếp bao quanh vườn ngang vườn với khoảng cách 0,5m Đồng thời, với luống khác cách ly chống lại lây lan bệnh dịch trồng riêng loại rau cách thích hợp 0.5 m 0.5 m 0.5 m m 8m 0.5 m 0.5 m 10 m Hinh 3.1: Bố trí khoảng cách luống trồng Tính toán thủy lực hệ thống phun sương Kích thước đường ống dẫn công suất bơm tính toán lựa chọn phù hợp nhằm đảm bảo yêu cầu lưu lượng áp lực dẫn đến đầu vòi phun Theo yêu cầu thieert kế bố trí vòi phun hình 6, luống bố trí phòi phun Coolnet hãng Netafim với áp suất yêu cầu bar đến bar, lưu lượng l/h trên độ cao 4m với mặt nước bể dung dịch đặt theo sơ đồ hình chữ nhật với bán kính phun 1,5m Do xác định thông số: 46 Van cấp Vòiphun phun Vòi Hinh 3.2: Sơ đồ lắp đặt vòi phun, van điện đường ống dẫn nước - Xác định cột nước bơm máy bơm: Hb = ∑ htt+ hyctb + hdh - Trong ∑htt = ∑hdd +∑hcd hdh = hchc + hcv Hb: Cột nước yêu cầu máy bơm Hyctb: Cột nước yêu cầu thiết bị Hdh: Cột nước yêu cầu địa hình Hdd: Tổn thất dọc đường Hcb: Tổn thất cục Hchc: Chênh cao địa hình Hcv: Độ cao cột vòi Tổn thất dọc đường xác định theo công thức Pavlovski: htt = λ hcb = ∑hcb = (15 ÷ 20)% ∑ hdd để an toàn ta chọn hcb = 20%hdd 47 Trong đó: λ - Hệ số tổn thất theo chiều dài đường ống có đường kính d v tốc độ dòng chảy ống Hệ số tra sổ tay thủy lực; l – Chiều dài đường ống tính toán Với λ= 0.014; l = 28m; v = m/s; g = 9,8 m/s2; d = 0,021 m ta có hdd = 2m htt = 2,4m Ta lấy hdh = tính hyctb = 5m cột nước yêu cầu máy bơm Hb = 7,4m - Xác định lưu lượng tối thiểu máy bơm cho hệ thống: Q = n.q =80(lít/giờ) q – Lưu lượng thiết kế vòi phun Coolnet hãng Netafim q = lít.giờ n – Số vòi phun hệ thống n = 16 vòi Thông qua tính toán chúng t chọn bơm phun sương Alaska LS703 với công suất 1HP, lưu lượng lít/phút 2.2 Hạ nhiệt độ vườn thông qua thổi khí Hệ thống thổi khí mát để điều tiết nhiệt độ vườn Hệ thống hoạt động theo nguyên lý không khí qua hệ xốp ngậm nước làm mát theo đường ống lòng đất Không khí mát đưa vào nhà lưới nhờ quạt công suất lớn Hệ thống thổi khí mát có vòi đặt nhà lưới với chiều cao cách mặt đất 0,2m để phân bố toàn vườn có xu hướng thổi lên Hình 3.3: Hệ thống thổi khí mát vườn 2.3 Tưới phun sương Nhiệm vụ hệ thống tưới phun sương cung cấp dinh dưỡng tạo độ ẩm cho vườn Tuy nhiên chúng sử dụng để làm mát không khí vườn nhiệt độ cao + Điều khiển theo nhiệt độ 48 Hệ thống tự động kiểm tra nhiệt độ vườn Nếu nhiệt độ từ 30-350C hệ thống ngừng tưới theo chương trình cài đặt theo thời gian mà vòi phun sương hoạt động liên tục để giảm nhiệt độ vườn Nếu nhiệt độ lơn 35 0C vòi phun hoạt động quạt thông gió hoạt động liên tục Nếu nhiệt độ xuống 300C hệ thống hoạt động bình thường (theo thời gian thực) + Điều khiển theo thời gian Hệ thống điều khiển theo thời gian cài đặt người sử dụng Lúc người sử dụng cài đặt trực tiếp số lần tần suất phun sương 2.4 Thiết kế điều khiển hệ thống tưới nhà lưới Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động tưới phun sương nhà lưới Kết luận Nắm bắt quy trình vận hành hệ thống phun sương, từ áp dụng thiết kế hệ thống phù hợp với mục tiêu đề tài 49 CHƯƠNG CÁC KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Giao diện web giám sát Hình 4.1: Giao diện đăng nhập Hình 4.2: Giao diện trang chủ 50 Hình 4.3: Giao diện hiển thị thông tin hệ thống Hình 4.4: Giao diện quản lý trồng khởi chạy hệ thống Hình 4.5: Giao diện quản lý người dùng 51 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Các sản phẩm đề tài bao gồm: • 01 hệ thống điều khiển giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn • Tài liệu nghiên cứu thiết kế modules cảm biến, modules relay điều khiển • Trang web giám sát phục vụ quản lý từ xa • Tài liệu hướng dẫn sử dụng sản phẩm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế nhóm nghiên cứu tạo hệ thống tự động chăm sóc rau an toàn cách điều khiển trình cung cấp nước, 52 khống chế nhiệt độ, cường độ ánh sáng phù hợp với trồng, giám sát từ xa qua web đáp ứng yêu cầu ban đầu đề với kết cụ thể sau: Về mặt kỹ thuật: Xây dựng cấu hình hoàn chỉnh hệ thống có khả tự động chăm sóc rau an toàn cách khống chế nhiệt độ, độ ẩm, cường độa ánh sáng,… thông qua thiết bị (máy bơm nước, đèn chiếu sáng, mái che,…) sử dụng điện lưới có điện áp xoay chiều 220V tần số 50Hz với việc đóng mở rơ le Đồng thời thu thập thông tin chuyền tải lên web thuận tiện cho việc giám sát vườn trồng Qua góp phần ứng dụng vào ngành nông nghiệp đại, phục vụ nhu cầu cung cấp rau an toàn cho người sử dụng Về mặt thực tiễn: Sản phẩm giúp giảm công sức lao động, thời gian cho người trồng cho chất lượng sản phẩm vượt trội Trong nông nghiệp triển khai cho dự án trồng nhà kính, mô hình sản xuất rau an toàn với quy mô lớn Giúp kiểm soát tốt khâu trung gian hệ thống, đồng thời vận hành hệ thống dễ dàng, quản lý bảo dưỡng hệ thống nhanh, thuận tiện 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Digital engineering design, Richard F.Tinder, Prentice Hall, 1991 [2] Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà [3] Giáo trình kỹ thuật số - Nguyễn Viết Nguyên, NXB Giáo dục, 2004 [4] Toán logic kỹ thuậtsố - Nguyễn Nam Quân, Khoa ĐHTC, 2004 [5] Cấu trúc máy vi tính –Trần Quang Vinh, NXB ĐHQG HN, 2005 [6] Giáo trình PHP & Mysql – Giảng viên Bùi Quốc Huy, tải www.qhonline.info [7] https://hoanglink.wordpress.com/2014/08/31/cach-tao-mot-raspberrypi- webserver/ , truy cập cuối ngày 25/03/2016 [8] http://en.wikipedia.org, truy cập cuối ngày 25/03/2016 [9] www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/vnc/, truy nhập cuối ngày 10/04/2016 [10] www.raspberry-projects.com/pi/software_utilities/web-servers/mysql , truy cập cuối ngày 23/04/2016 [11] http://raspberrypi.vn/thu-thuat-raspberry-pi/cai-dat-dynamic-dns-cho- raspberry-pi-2431.pi , truy cập cuối ngày 23/04/2016 [12] https://www.youtube.com/watch?v=7hR51Ggx0hw, truy cập lần cuối 25/04/2016 54 [...]... thống điều khiển thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn Qua hình vẽ trên ta thấy hệ thống bao gồm các khối sau: • Khối nguồn • Khối nhập dữ liệu (web server) • Khối chấp hành (module relay) • Khối xử lý trung tâm (OrangePi One) Nhiệm vụ của từng khối trong hệ thống sẽ được trình bày cụ thể trong phần tiếp theo 2 Chức năng các khối và lựa chọn giải pháp cho các khối chính... 01 hệ thống giám sát trồng cây tự động cho người dùng - Tài liệu nghiên cứu và thiết kế các modules cảm biến, modules relay điều khiển - Tài liệu hướng dẫn sử dụng sản phẩm Phạm vi triển khai: Địa chỉ có thể ứng dụng của sản phẩm: cư dân đô thị, những người có không gian lại không có thời gian trồng nhưng vẫn muốn và có thể trồng rau sạch phục vụ nhu cầu của gia đình 5 Máy tính mini OrangePi One 5.1... tích và thiết kế web giám sát 4.1 Nhiệm vụ, chức năng của website Website giám sát phải đảm bảo những chức năng sau: - Người quản lý hệ thống: + Quản lý người dùng - Cấp quyền Admin cho người dùng - Thêm, xóa, chỉnh sửa thông tin thành viên dùng - Quản lý quá trình phát triển cây trồng - Thêm, xóa, cập nhật thông tin cây trồng - Thiết đặt các chỉ tiêu phù hợp của cây cho quá trình chăm sóc tự động +... hẹp, không có nhiều thời gian chăm sóc Nêu ra được các giải pháp giải quyết vấn đề và thấy hệ thống vườn thông minh giám sát tự động kết hợp hệ thống tưới phun sương là phù hợp và khả thi nhất với tình hình đặt ra Đưa ra được quy mô dự án triển khai, hiểu về máy tính mini Orangepi One là phần xử lý trung tâm của toàn hệ thống 23 CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ KHỐI, CHỨC NĂNG, PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG... Bây giờ ta đã có một orangepi server với công suất tiêu thụ khoảng 5Watts (rất tiết kiệm 22 Cài đặt trên server của ta có: • SSH • Apache web server • PHP5 • MySQL server • VSFTP FTP server • phpMyAdmin 6 Kết luận Qua cơ sở lý thuyết nhóm đã đưa ra được vấn đề cần phải thiết kế hệ thống chăm sóc vườn cây giám sát tự động phục vụ nhu cầu cho đối tượng dân cư đô thị muốn có khu vườn riêng của mình nhưng... nhỏ giọt bị gián đoạn, cây trồng sẽ xấu đi nhiều so với các phương pháp tưới khác 3.3 Giám sát tự động kết hệ thống tưới phun sương 3.3.1 Ưu điểm - Năng suất lao động cao do quá trình tưới được tự động hoá, có thể tăng gấp chục lần so với tưới thông thường - Cho phép dùng phân hoá học, các chất khử trùng đã hoà tan trong nước để rải xuống mặt ruộng một cách đều và hiệu quả hơn - Tiết kiệm nước rất... biến (Arduino nano) - Chức năng: xử lý dữ liệu cảm biến được truyền về từ khối dữ liệu để hệ thống biết và có thể can thiệp khống chế khi cần thiết - Giải pháp: Do mạch OrangePi One có các chân GPIO không hỗ trợ đọc tín hiệu analog nên nhóm phải sử dụng việc kết nối thêm với mạch Arduino Nano, sử dụng các chân analog tren arduino đọc và chuyền dữ liệu về khối trung tâm 3 Phân tích và thiết kế phần cứng... sử dụng cũng như an toàn cho người dùng, giải pháp được đưa ra là sử dụng 1 adapter 5VDC – 2A, để biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều 220V thành nguồn 1 chiều 5V Có thể lựa chọn rất nhiều cách ổn áp cho mạch, trong đó có thể kể đến các IC ổn áp thông dụng: 7805, LM317, LM2575, LM2576 v v Trong khuôn khổ đề tài, nhóm nghiên cứu lựa chon IC ổn áp 7805 cho linh hoạt IC 7805 có các thông số cơ bản... thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe và sản lượng của cây 3.2 Giám sát tự động hệ thống tưới nhỏ giọt 3.2.1 Ưu điểm - Tưới nhỏ giọt đảm bảo phân bố độ ẩm đều trong tầng đất nông nghiệp canh tác, tạo điều kiện thuận lợi về chế độ không khí, nhiệt độ, độ ẩm, thức ăn, quang hợp cho cây trồng - Tưới nhỏ giọt cung cấp một cách đều đặn lượng nước tưới cần thiết nhưng tránh được hiện tượng tập trung muối trong nước... động: • 0 (0V): Bật relay • 1 (5V): Tắt relay Nguồn cách ly: • Vss+ (Nguồn nuôi cho relay) • Vss- (Nguồn nuôi cho relay) Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý của relay 4 kênh Hoạt động: khi có tín hiệu gửi từ khối xử lý trung tâm (mức logic cao) led sẽ sáng, opto cách li quang giữa thành phần 1 chiều và xoay chiều làm việc, kích mở cho MOSFET hoạt động làm relay thông mạch hút lẫy bên trong, phấn điều khiển thiết