XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỖ TRỢ VIỆC TRỒNG NẤM BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Để hỗ trợ bà con nông dân ít tốn nhiều thời gian và công sức, luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng “Điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động” với các chức năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ HỒNG BÀNG



TRẦN QUỐC VIỆT

Tên đề tài luận văn:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỖ TRỢ VIỆC TRỒNG NẤM

BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số học viên: 126012113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH HOÀNG VĂN KIẾM

TP Hồ Chí Minh – năm 2015

CHUẨN Y CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN

Giảng viên hướng dẫn

GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm

LÝ LỊCH CÁ NHÂN



Họ và tên: Trần Quốc Việt

Sinh ngày: 29 tháng 10 năm 1976 Nơi sinh: Đồng Tháp

Tốt nghiệp THPT tại trường THPT Hồng Ngự I, tỉnh Đồng Tháp, năm 1993 Tốt nghiệp đại học tại trường Đại Học Cần Thơ, năm 1998

Từ năm 1998 đến 2004: Làm việc tại công ty Công Nghệ Thông Tin GenPacific

Từ năm 2004 đến nay: Làm việc tại công ty TNHH TM & DV Tin Học Tứ Huynh

Địa chỉ liên lạc: Số 13 KP3, đường TX51, Phường Thạnh Xuân, Quận 12, TP.HCM

Email: tranquocviet1976@yahoo.com

Điện thoại: 0906 69 69 67

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do những hạn chế của người viết về mặt kiến thức, kinh nghiệm, thời gian, trang thiết bị và tài liệu nên nội dung và hình thức không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận được những góp ý chân thành từ thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn

LỜI CẢM ƠN



Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm, thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng, giúp đỡ và động viên em trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này Thầy đã giúp đỡ em tiếp cận với khoa học, những tri thức mới trong xã hội và đạt được thành công trong lĩnh vực nghiên cứu của mình

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin – Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Quốc tế Hồng Bàng Các thầy cô đã luôn nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho

em học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua

Tôi xin cám ơn đến chủ nhà trồng nấm Nhơn Trạch – Đồng Nai đã tạo điều kiện cho tôi trong việc thực hành thực nghiệm đề tài và cảm ơn đến các bạn cùng lớp đã cho tôi những ý kiến đóng góp đáng giá, mở ra nhiều hướng tiếp cận mới làm phong phú khả năng thực tế của khóa luận

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên trong gia đình, những người luôn ở bên động viên và tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt khóa luận này

TP.HCM, ngày 01 tháng12 năm 2015

Tác giả luận văn

Trần Quốc Việt

TÓM TẮT



Ở nước Việt Nam chúng ta, với thế mạnh về điều kiện tự nhiên như nhiệt độ quanh năm không thay đổi nhiều, độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của cây nấm (độ ẩm cao do lượng mưa hàng năm khá lớn), nguồn nguyên liệu sản xuất nấm sẵn

có tại địa phương (nhiều chất thải nông nghiệp như: rơm rạ, trấu, mùn cưa,…) nên trồng nấm đang từng bước trở thành nghề phổ biến cho người nông dân Để hỗ trợ

bà con nông dân ít tốn nhiều thời gian và công sức, luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng “Điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động” với các chức năng có thể điều khiển các thiết bị như: bật/tắt đèn chiếu sáng (yếu tố nhiệt độ), bật/tắt quạt hút, quạt thổi, phun sương (yếu tố độ ẩm),… nhằm hỗ trợ bà con nông dân giảm thiểu các thao tác chăm sóc nấm thủ công, giúp quản lý, theo dõi kịp thời tình trạng nhà nấm với mục đích chung là đạt được năng suất cao

Luận văn sử dụng thiết bị Raspberry Pi để điều khiển các thiết bị thông qua mạng không dây Wifi Thiết bị này đang được phổ biến, được hỗ trợ trên các diễn đàn, đặc biệt là giá thành rẻ phù hợp với túi tiền của bà con nông dân

Ngoài ra, luận văn xây dựng những kịch bản thông minh, tích hợp nhiều thiết bị cảm biến, tạo ra hệ thống điều khiển các thiết bị điện được sử dụng trong nhà trồng nấm qua thiết bị di động một cách thuận lợi, nhanh chóng, tiết kiệm điện, chi phí đi lại, đáp ứng nhu cầu của bà con nông dân không phải có mặt tại nhà trồng nấm mà

có thể theo dõi quản lý các nhà trồng nấm từ xa qua mạng internet Góp phần phát triển ngành nghề trồng nấm mang lại hiệu quả cao về chất lượng, năng suất cho nấm

và phát triển kinh tế và xã hội

TÓM TẮT MỞ RỘNG



Ngoài lời mở đầu, mục lục, danh mục hình ảnh, bảng biểu, danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt, tài liệu tham khảo và một số phụ lục, luận văn gồm có 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu

Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu và những nội dung chính yếu cần nghiên cứu Qua đó trình bày xu hướng ứng dụng và nhu cầu thực tiễn về một

hệ thống điều khiển thông qua các thiết bị di động với các chức năng quản lý và điều khiển tự động áp dụng cho nhà trồng nấm

Chương 2: Tổng quan các kỹ thuật và công nghệ trong việc phát triển nhà trồng nấm tự động

Trình bày tổng quan về kỹ thuật nuôi trồng một số loại nấm phổ biến như: Nấm

sò, nấm linh chi

Trình bày sự phát triển của công nghệ thông tin truyền thông, các hệ thống lý thuyết và công nghệ liên quan từ đó đưa đến giải pháp tốt nhất được áp dụng cho luận văn

Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống

- Xây dựng mô hình hệ thống từ những chức năng điều khiển cơ bản (điều kiển thủ công) đến chức năng bán tự động và tự động

- Xây dựng những kịch bản thông minh đáp ứng nhu cầu thực tế của người dùng

- Lập trình điều khiển các thiết bị trong nhà trồng nấm

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

- Trình bày quá trình cài đặt hệ thống, các kết quả đạt được trong quá trình thực nghiệm tại nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

- Trình bày tổng kết lại những kết quả đạt được của luận văn, những mặt còn hạn chế và hướng phát triển của đề tài trong tương lai để tạo ra được một sản phẩm hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi với mô hình điều khiển tự động trong lĩnh vực trồng nấm nói riêng và trong lĩnh vực nông nghiệp nói chung

ABSTRACT



In our country, Viet Nam, with the advantages of natural conditions as the temperature does not highly fluctuate throughout the year, huminity is suitable for the growth of mushrooms (high humidity due to the large annual rainfall), the sources of materials for growing mushroom is locally available (agricultural wastes such as straw, rice husks, sawdust,…) Therefore, mushrooms cultivation are gradually becoming popular professions for farmers To save farmers’s time and effort, the thesis focuses on researching the application of “devices supporting for cultivation of mushrooms controlled by mobile/cell phone” with some functions such as turning on/off lights (temperature factor), misting/blower fans, nebulizer (moisture factor), that could help reducing manual fungus care operation, managing and monitoring the mushrooms growing process with the overall aim of achieving high productivity

Thesis is concerned with using Raspberry Pi to control devices via Wifi wireless network These devices are being popular, supported on the forums, especially its price is cheap and affordable for farmers

Besides, the thesis build smart scenarios which integrate multiple sensors, create control system for the electrical equipments used in mushroom houses via mobile devices in a convenient, fast, power-saving, fuel/travel cost-saving way To meet the needs of farmers that they do not have to be present at the mushroom cultivating houses, they are still able to monitor and manage it far away via the internet It is contributing to the development of mushroom cultivation bringing to high efficiency in terms of mushroom quality and productivity; gradually improving economy and society

ABSTRACT EXTEND



In addition to the preamble, table of contents, list of images, tables, list of symbols, abbreviations, references and some appendices, the contents of the thesis consists of five chapters:

Chapter 1: Introduction

Presenting reasons of selecting the topic, the researching objectives and the essential contents Thereby we could show the application trends and practical needs of a control system via mobile equipments with management functions and automatic control applied to mushroom cultivating house

Chapter 2: overview of the techniques and technologies in the development of automatic mushroom growing house

Presenting an overview of techniques in cultivating some popular mushrooms like oyster mushroom, Ganoderma Lucidum

Presenting the development of information and communication technologies, theoretical systems and related technologies from which lead to the best solution applied to the thesis

Chapter 3: Building and designing the system

- Building a system’s model from the basic control functions (manual control)

to the semi-automatic and automatic functions

- Setting up the intelligent/smart scripts meet the user’s realistic needs

- Programming to control equipments in the mushroom cultivating houses

Chapter 4: Results of experimental studies

- Presenting the process of installing the system, the results achieved during the experiment at mushroom house in Nhon Trach district, Dong Nai province

Chapter 5: Conclusions and development

Summarizing the results of the thesis, weaknesses of the thesis and the subject’s directions of development in the future to create a complete product widely used in the application of automatic control in the field of planting mushroom in particular and the agricultural in general

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 14

1.1 Lý do chọn đề tài 14

1.2 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu 15

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 15

1.4 Đối tượng nghiên cứu 16

1.5 Phạm vi nghiên cứu 16

1.6 Phạm vi nghiên cứu 16

1.7 Những nội dung chính cần nghiên cứu 17

Chương 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ 18

2.1 Lý thuyết cơ bản về việc trồng nấm 18

2.1.1 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm linh chi 18

2.1.2 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm bào ngư 21

2.2 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị từ xa 24

2.2.1 Công nghệ không dây X10 24

2.2.2 Công nghệ không dây Insteon 25

2.2.3 Công nghệ không dây Zigbee 27

2.2.4 Công nghệ Z-wave 28

2.2.5 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi 30

2.3 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỹ thuật tổng quát 32

2.3.1 Bố trí hệ thống tưới tự động cho nhà nấm 32

2.3.2 Bố trí quạt hút, quạt thổi, máy phun nước trên mái nhà để hạ nhiệt độ 33

2.3.3 Bố trí lắp đặt máy phun sương để tăng độ ẩm không khí trong nhà nấm 33

2.4 Đề xuất công nghệ 34

2.5 Phần mềm cho hệ thống điều khiển 35

2.5.1 Web IOPI 35

2.5.2 Web giao diện người dùng 35

2.5.3 Ứng dụng giao diện người dùng trên điện thoại di động 37

2.5.4 Cơ sở dữ liệu: 38

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 39

3.1 Mô hình hệ thống 39

3.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống 39

3.1.2 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa cơ bản 40

3.1.3 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa bán tự động 40

3.1.4 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa tự động 42 3.1.5 Mô hình thiết lập các thông số môi trường theo độ tuổi của nấm thông qua

3.2 Thiết lập các mức độ điều khiển của hệ thống 44

3.2.1 Cấp độ 1 - Hệ thống điều khiển bật/tắt các thiết bị điện cơ bản 44

3.2.2 Cấp độ 2 - Hệ thống điều khiển hẹn giờ 46

3.2.3 Cấp độ 3 - Hệ thống điều khiển tự động 47

3.2.4 Cấp độ 4-Hệ thống cảnh báo và kiểm soát hoạt động các thiết bị qua camera 49 3.2.5 Cấp độ 5-Hệ thống điều khiển thông minh với camera nhận dạng tai nấm 50 3.3 Xây dựng và thiết lập hệ thống 51

3.3.1 Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi 51

3.3.2 Cập nhật Raspberry Pi config: 53

3.3.3 Cài đặt Web Iopi 61

3.3.4 Sử dụng WebIopi 62

3.3.5 Bật tắt WebIopi tự động 63

3.3.6 Truy cập WebIopi trên mạng LAN 63

3.3.7 Nguyên lý giao tiếp của WebIopi và các thiết bị truy cập 65

3.3.8 Truy cập WebIopi qua mạng internet 66

3.3.9 Cài đặt cảm biến DHT11 67

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM 71

4.1 Thiết lập điều khiển cho hệ thống 71

4.2 Các chức năng điều khiển 72

4.2.1 Chức năng xử lý nhiệt độ 72

4.3 Nhận xét từ nhà trồng nấm ở nơi thí nghiệm 73

Chương 5 TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

5.1 Những kết quả nghiên cứu đạt được 74

5.2 Những hạn chế của đề tài 75

5.3 Hướng phát triển của đề tài 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC – MÃ NGUỒN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG 77

1 Mã nguồn điều khiển tắt/mở đèn chiếu sáng 77

2 Mã nguồn điều khiển tắt/mở quạt hút 77

3 Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở quạt thổi 77

4 Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở máy phun sương 77

5 Mã nguồn điều khiển tự động với cảm biến 78

6 Mã nguồn hiện thị giao diện và camera 78

7 Mã nguồn file script của webiopi 84

8 Mã nguồn giao diện màn hình thiết bị di động 84

5 Hình 2.2a Sơ đồ tự động nhà thông minh với công nghệ X10 25

6 Hình 2.2b Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ

9 Hình 2.2e Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+ 31

10 Hình 2.3a Lắp đặt hệ thống tưới tự động cho nhà nấm 32

11 Hình 2.3b Sơ đồ bố trí vòi phun nước tự động 33

12 Hình 2.3c Hệ thống tưới phun tự động tại nhà nấm 34

13 Hình 2.5 Giao diện web điều khiển và hiển thị tình trạng

với các màu khác nhau 36

14 Hình 2.5b Giao diện chính trên điện thoại di động 37

15 Hình 3.1a Mô hình hoạt động của hệ thống 39

16 Hình 3.1b Mô hình điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa 40

17 Hình 3.1c Mô hình điều khiển từ xa bán tự động của hệ

18 Hình 3.1d Mô hình điều khiển từ xa tự động của hệ thống 42

19 Hình 3.1e Mô hình điều khiển tự động với camera nhận

27 Hình 3.3c Màn hình Terminal của Pi để gõ lệnh config 53

28 Hình 3.3d Chọn cấu hình để đặt tên máy 54

29 Hình 5.3e Cấu hình thay đổi mật khẩu 55

STT Mã số Tên hình vẽ Trang

30 Hình 5.3f Cấu hình chọn chế độ khởi động 56

31 Hình 5.5g Cấu hình chọn chế độ khởi động tiếp theo 56

32 Hình 5.5h Cấu hình chọn ngôn ngữ 57

33 Hình 5.5i Cấu hình chọn múi giờ 58

34 Hình 5.5j Cấu hình chọn múi giờ HCM 58

35 Hình 5.5k Cấu hình thay đổi password của root 59

36 Hình 5.5L Cấu hình chon phép chọn SSH 59

37 Hình 5.5m Cấu hình phần mềm Putty 60

38 Hình 5.5n Login vào phần mềm Putty 60

39 Hình 5.5o Màn hình hiển thị của phần mềm Putty 61

40 Hình 5.5p Màn hình Terminal của Pi 62

41 Hình 5.5q Màn hình Terminal reboot kit Pi 62

42 Hình 5.5r Màn hình hiển thị WebIopi 63

43 Hình 5.5s Giao diện mặc định của WebIpoi 64

44 Hình 5.5t Nguyên lý giao tiếp giửa webipoi với các thiết bị 65

45 Hình 5.5u Đăng ký tài khoản email trên Weaved 66

46 Hình 5.5v Đăng nhập vào Weaved 67

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

Nước Việt Nam chúng ta, với thế mạnh về điều kiện tự nhiên như nhiệt độ quan năm không thay đổi nhiều, độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của cây nấm (độ ẩm cao do lượng mưa hàng năm khá lớn), nguồn nguyên liệu sản xuất nấm sẵn có tại địa phương (nhiều chất thải nông nghiệp như: rơm rạ, trấu, mùn cưa,…) nên trồng nấm đang từng bước trở thành nghề phổ biến cho người nông dân Tuy nhiên, việc theo dõi việc trồng nấm bằng thủ công sẽ tốn nhiều thời gian, công sức của người nông dân

Thứ hai, không phải chủ nhà nấm lúc nào cũng trúc trực bên nhà nấm để theo dõi thình trạng phát triển của nấm, do đó sẽ bất tiện cho việc quan sát theo dõi nhà nấm từ xa như xem thông tin về nhiệt độ, độ ẩm hiện tại của nhà nấm để đưa ra hướng xử lý kịp thời Điều này áp dụng công nghệ thông tin hiện đại sẽ giúp cho chủ nhà nấm có thể quản lý từ xa và cập nhật thông tin về tình trạng nhà nấm của mình tại bất cứ nơi đâu bằng thiết bị di động thông qua mạng internet, không còn lệ thuộc vào không gian và thời gian

Hình 1.1 Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động

Thứ ba, công nghệ điều khiển từ xa bây giờ được tăng cường bởi sự chuyên dụng của thiết bị di động như là điện thoại thông minh và máy tính bảng Số người

sử dụng điện thoại thông minh ngày một gia tăng, kể cả bà con nông dân ở thôn

quê, việc điều khiển tự động không còn giới hạn bởi các thiết bị và khoảng cách Chủ nhà có thể kiểm soát hầu như tất cả các thiết bị Điện gia dụng của mình thông qua điện thoại thông minh IOS / Android và máy tính bảng với kết nối internet, WiFi hoặc 3G

Với tất cả những lý do đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu, ứng dụng thiết bị công nghệ vào việc trồng nấm là nhu cầu rất cần thiết thiết vì sẽ cho tỷ lệ thành công cao do kiểm soát theo dõi được môi trường thực tế, tiết kiệm được nhiều thời gian đi lại, công sức quản lý, cuối cùng là tiết kiệm năng lượng điện, nước vì các thiết bị tưới tiêu sẽ tự động ngắt khi không cần dùng đến Xuất phát từ thực tế đó,

tác giả đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị và quản lý tự động

hỗ trợ việc trồng nấm” để làm đề tài luận văn thạc sĩ với những ưu điểm như:

- Điều khiển tự động bật tắt đèn chiếu sáng, tưới nước (yếu tố nhiệt độ), điều khiển bật tắt tự động quạt hút, quạt thổi, máy phun sương (yếu tố độ ẩm) một theo một tiêu chuẩn xác định tùy theo độ tuổi của tai nấm

- Tiết kiệm năng lượng điện, nước,…

- Tiết kiệm thời gian, chi phí đi lại

- Đáp ứng những nhu cầu cần thiết trong việc chăm sóc nấm tự động

1.2 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu

- Điều khiển thiết bị điện từ xa bằng cách nào ?

- Hệ thống có đảm bảo thiết bị luôn chạy đúng yêu cầu ?

- Có điều khiển thiết bị trong nhà nấm như đèn chiếu sáng, quạt hút, máy phun sương qua thiết bị di động được hay không ?

- Hệ thống ứng dụng công nghệ gì ?

- Đề tài có gì khác so với những đề tài đã được thực hiện?

- Khả năng ứng dụng trong thực tế của đề tài như thế nào?

- Chi phí có phù hợp cho nhà đầu tư hay không?

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này được nghiên cứu nhằm đạt được các mục đích sau:

- Giúp chúng ta hiểu môi trường thuận lợi để phát triển cây nấm và các công nghệ điều khiển không dây đang được sử dụng và phát triển hiện nay

- Xây dựng được hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà trồng nấm từ xa bằng thiết bị di động phù hợp với điều kiện môi trường thực tế

- Cung cấp các giải pháp thông minh trong việc trồng nấm một cách tự động

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa, sử dụng công nghệ wifi với bo mạch Raspberry Pi làm bộ phận điều khiển trung tâm và các nhóm thiết bị:

- Nhóm thiết bị nhiệt độ: Máy bơm nước, quạt hút, quạt thổi, đèn chiếu sáng

- Nhóm thiết bị độ ẩm: Máy phun sương, cảm biến đo nhiệt độ

- Nhóm thiết bị quan sát: Camera quan sát và nhận dạng

1.5 Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà trồng nấm từ xa bằng thiết

bị di động Hệ thống cần đáp ứng ở 3 mức độ:

- Giám sát: Giám sát thông thường và giám sát tự động

- Cảnh báo: cảnh báo thông thường và cảnh báo tự động

- Điều khiển: Điều khiển thông thường và điều khiển tự động

1.6 Phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin:

Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển thiết bị điện từ xa với công nghệ wifi với

bo mạch Raspberry Pi Thử nghiệm một số phương pháp điều khiển hiện có Nghiên cứu gắn kết, giao tiếp các thiết bị điều khiển với nhau Từ nghiên cứu đó

sẽ áp dụng xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà trồng nấm từ xa qua thiết bị di động

Phương pháp nghiên cứu điển hình:

Dựa vào những tình huống điển hình, những nhu cầu điển hình trong thực tế để xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ trồng nấm một cách tự động

Phương pháp nghiên cứu chuyên gia:

- Chuyên gia trồng nấm: Đến gặp các chuyên gia trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai, Củ chi… để có biết được kỹ thuật và kinh nghiệm trồng nấm và nghiên cứu

về những gợi ý của họ

- Chuyên gia về công nghệ không dây

Từ hai chuyên gia này tôi xây dựng hệ thống với các chức năng đáp ứng cho việc trồng nấm động phối hợp và điều khiển nhịp nhàng các yếu tố: nhiệt độ, độ

ẩm

Phương pháp thực nghiệm:

Hệ thống sẽ được thực nghiệm tại một cơ sở trồng nấm tại Nhơn Trạch – Đồng Nai nhằm kiểm tra những thiếu sót, kiểm tra tính linh hoạt của hệ thống khi áp dụng vào thực tế

1.7 Những nội dung chính cần nghiên cứu

Để thực hiện mục đích nêu trên, luận văn có các nhiệm vụ cụ thể sau đây:

- Về mặt nghiệp vụ: Tìm hiểu các kỹ thuật cơ bản trong việc trồng và chăm sóc cây nấm Giới hạn đề tài chỉ nghiên cứu kỷ thuật trồng nấm linh chi vì việc theo dõi điều kiện nhiệt độ, độ ẩm phù hợp với mô hình của đề tài

- Về mặt công nghệ:

 Nghiên cứu các công nghệ điều khiển từ xa đang được phát triển So sánh và lựa chọn công nghệ, thiết bị, đồng thời đưa ra giải pháp phù hợp với điều kiện môi trường trồng nấm phù hợp với điều kiện môi trường tại Việt Nam

- Thiết kế hệ thống, triển khai và cài đặt hệ thống

- Xây dựng, tích hợp những ngữ cảnh thông minh vào hệ thống dựa trên những tình huống điển hình và nhu cầu thực tế trong việc trồng nấm

Chương 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ

2.1 Lý thuyết cơ bản về việc trồng nấm

2.1.1 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm linh chi

Nghiên cứu quá quy trình trồng nấm của các loại nấm đang được trồng phổ biến tại Việt Nam như nấm Linh Chi, nấm Mèo, nấm Hương Nhưng nấm Linh chi vẫn phù hợp nhất cho hệ thống

Nấm linh chi là một trong những loại nấm có tác dụng rất lớn trong y học, và đặc biệt loại nấm này thuộc loại có giá trị kinh tế cao Do đó được nhiều hộ gia đình

có khả năng đầu tư để trồng loại nấm này để góp phần gia tăng kinh tế gia đình

Hình 2.1a Một lô nấm linh chi đang bắt đầu cho thu hoạch

Thời vụ trồng nấm Linh Chi

Thời gian bắt đầu cấy giống từ ngày 15/1 đến 15/3 và từ 15/8 đến 15/9 dương lịch

Nguyên liệu để trồng nấm linh chi

Linh Chi sử dụng nguyên liệu chủ yếu là mùn cưa tươi, khô của các loại gỗ mềm, không có tinh dầu và độc tố Ngoài ra còn có thể trồng Linh Chi từ nguyên liệu là thân gỗ, các cây thuốc họ thân thảo

Quy trình trồng nấm Linh Chi

- Bắt đầu từ meo nấm

Sau 20 ngày tơ nấm Linh Chi lan xuống 2/3 bịch và đưa đến trại trồng Sau khi vận chuyển từ xe xuống nhà trồng, khoảng 1 đến 3 ngày sau dùng vòi nước xịt, rửa bụi bám bên ngoài của phôi nấm, đồng thời để nước lạnh kích thích tơ nấm bên trong Có thể rửa bịch bằng cách dùng vòi phun qua cho ướt đều 1 lượt (không cần rửa từng bịch) Bịch rửa xong tốt nhất nên để thêm 1 ngày nữa cho tơ nấm gặp lạnh bung ra thêm rồi mới mở miệng (tháo nút bông, hoặc giấy bọc) Khi gỡ nút bông, nếu tơ đã ăn dính nút bông sẽ có hiện tượng chặt khó gỡ, việc này là bình thường và không anh hưởng gì quá trình phát triển cùa nấm, nhớ rút hết bông có trong miệng bịch, nếu khó gỡ dùng kềm để kéo

- Chăm sóc cho nấm phát triển

Sau khi mở nút bông không nên để nước tưới trực tiếp vào miệng bịch, chỉ tưới vách và nền cho độ ẩm đạt khoảng 80% là tốt trong giai đoạn này, nhiệt độ tốt nhất

là từ 26 đến 30 độ C, tuy nhiên nấm có thể sống từ 26 đến đến 36 độ, quá 36 độ nấm chết Lưu ý những ngày nắng nóng nhiều phải tưới để hạ nhiệt độ

Trong 4-5 ngày sau khu tháo nút bông thì nấm non bắt đầu ra hình thành 1 lớp thịt nấm màu trắng Lúc này lượng nước tưới cũng như số lần tưới nhiều lên dần sao cho tai nấm không bị khô hoặc mất màu trắng (ngả sang vàng hoặc nâu) Giai đoạn này các chỉ tiêu tốt nhất cho nấm là độ ẩm tốt nhất là 90% trở lên (nếu phun sương 24/24 mới đạt được độ ẩm này), nhiệt độ tốt nhất là 27-28 độ Có thể phủ lớp bạt, nilon bên ngoài sau khi phun để giữ ẩm, làm sao để đạt được độ ẩm càng cao càng tốt, nếu không có máy phun sương thì tưới ướt nền và vách để tạo độ ẩm

Nhà trồng cần thoáng mát, đừng sáng quá cũng đừng tối quá, ánh sáng đủ đọc sách là được, nên che chắn không để gió lùa vào vì sẽ làm mất độ ẩm nhà trồng

Tai Nấm dạng nụ sau 7-8 ngày sẽ chuyển sang dạng tán, 30 ngày kể từ lúc xuất hiện nụ nấm thì nấm sẽ ở dạng tai và bắt đầu phóng thích bào tử (lớp phấn trên tai nấm, lớp này rất tốt không để trôi lớp phấn này, khi có phấn không được phun nước trôi lớp phấn)

Tai Nấm Linh Chi từ lúc kết nụ đến lúc trưởng thành kéo dài 70 đến 80 ngày cho nên sau khi nấm phóng thích bào tử thì đợi 35 - 40 ngày sau mới thu hoạch Thời gian nấm ở dạng nụ (cọng) độ ẩm nhà trồng khoảng 80%, đến khi tai nấm ở

90% trở lên Khi nấm mất viền trắng thì hạn chế tưới nước để tai nấm dầy lên tích lũy khối lượng, lúc này độ ẩm nên khoảng 70%

Khi mất viền trắng và có bào tử thì trong 5 ngày tiếp theo có thể phun sương trên bịch nấm, sau đó ngừng phun trên bịch mà chỉ tưới nền để tạo độ ẩm, nếu phun lên bịch sẽ bị trôi bào tử bào tử ở trên ta nấm càng nhiều càng tốt

Phương pháp không phủ đất

Rạch túi và tưới nước Kể từ ngày cấy giống đến khi rạch túi (khoảng 25-30 ngày) sợi nấm đã ăn kín ¾ túi Tiến hành rạch 2 vết rạch sâu vào trong túi 0,2-0,5cm, đối xứng trên bề mặt túi nấm Đặt túi nấm trên giàn cách nhau 2-3cm để nấm ra không chạm vào nhau.Từ 7 đến 10 ngày đầu chủ yếu tiến hành tưới nước trên nền nhà, đảm bảo độ ẩm 80-90%, thông thoáng vừa phải.Khi quả thể nấm bắt đầu mọc từ các vết rạch hoặc qua nút bông thì ngoài việc tạo ẩm không khí, có thể tưới phun sương nhẹ vào túi nấm mỗi ngày từ 1-3 lần (tuỳ theo điều kiện thời tiết) Chế độ chăm sóc như trên được duy trì liên tục cho đến khi viền trắng trên vành mũ quả thể không còn nữa là hái được

Phương pháp phủ đất

Chuẩn bị đất phủ (tương tự như đất phủ nấm mỡ).Cách phủ đất: Khi sợi nấm đã

ăn kín khoảng ¾ túi, gỡ bỏ nút bông, mở miệng túi, phủ lên trên bề mặt một lớp đất

có chiều dày 2-3cm.Chăm sóc sau khi phủ đất: Nếu đất phủ khô cần phải tưới rất cẩn thận (tưới phun sương) để đất ẩm trở lại Tuyệt đối không tưới nhiều, nước thấm xuống nền cơ chất sẽ gây nhiễm bệnh, ảnh hưởng đến quá trình hình thành quả thể nấm Trong thời gian 7-10 ngày đầu (kể từ lúc phủ đất) cần duy trì độ ẩm không khí trong nhà đạt 80-90% bằng cách tưới nước thường xuyên trên nền nhà Khi quả thể bắt đầu hình thành và nhô lên trên mặt lớp đất phủ cần duy trì độ ẩm liên tục như trên cho đến thời điểm thu hái được Thời gian từ khi nấm lên đến lúc thu hoạch kéo dài khoảng 65-70 ngày.Khi đó ngoài việc duy trì độ ẩm trong phòng thì ta còn phải tưới phun sương nhẹ trực tiếp trên bề mặt đất phủ 1-3 lần trong ngày (tuỳ theo điều kiện thời tiết) mục đích để giúp đất phủ luôn duy trì độ ẩm (tương tự

độ ẩm của đất trồng rau) Việc chăm sóc như trên kéo dài liên tục cho tới khi viền màu trắng trên mũ nấm không còn nữa, lúc đó nấm đến tuổi thu hái

Hình 2.1b Một nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai

2.1.2 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm bào ngư

Nấm bào ngư là loại thức ăn ngon, là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng khá cao, cung cấp một lượng đáng kể chất đạm, đường bột, nhiều vitamin và khoáng chất, đồng thời là dược liệu quí giá trong việc duy trì, bảo vệ sức khỏe phòng chống nhiều bệnh kể cả ung thư, ung bướu và cũng là nguồn hàng xuất khẩu có giá trị

* Nguyên liệu:

Nguyên liệu chính làm môi trường nuôi nấm là các loại phế thải nông nghiệp giàu chất cenluloz như: rơm rạ và mùn cưa thuộc loại gỗ mềm và không có nhựa ngăn meo nấm phát triển như gỗ cao su, xoài, so đũa, thân bắp, cùi bắp…

Nguyên liệu sau khi qua xử lý, ủ chín, phối trộn chất dinh dưỡng, vô bịch, hấp tiệt trùng, cấy meo giống Sau 20 – 25 ngày tơ nấm mọc đầy bịch phôi, lúc này bịch phôi được đem ra nhà nấm chăm sóc thu hoạch quả thể

Nhà trồng nấm phải sạch sẽ, cao ráo, thoáng khí, thoát nước và giữ được độ ẩm Các bịch phôi nấm có thể xếp đặt trên các bệ (bằng tre hay sắt) hoặc treo dưới các thanh ngang, mỗi hàng cách nhau 20 – 30cm, mỗi dây cách nhau 20 – 25cm, mỗi dây có thể treo từ 6 – 10 bịch phôi Tốt nhất bố trí dàn treo theo từng khối một, mỗi khối rộng từ 1,4 - 1,6m, chiều dài tùy theo nhà trồng Mỗi khối chừa các lối đi để tiện chăm sóc và thu hái

Trước khi đưa nấm vào nhà nuôi trồng ta cần khử trùng nhà nấm bằng vôi bột cứ 100gr vôi bột/1m2 rãi đều xung quanh nền nhà nấm

Sau khi nhà nấm chuẩn bị xong ta tiến hành đưa bịch phôi nấm vào chăm sóc Nhà nấm cần lắp đặt hệ thống phun sương điều ẩm trong nhà trồng nấm nhằm tối

ưu hóa điều kiện phát triển của nấm

* Đưa bịch phôi nấm vào nhà trồng và chăm sóc:

Chọn những bịch có sợi tơ nấm mọc trắng đều bịch, sau đó tiến hành tháo nút bông phía trên miệng bịch phôi hoặc dùng dao lam rạch từ 3 – 4 đường dài khoảng

3 – 4cm trên bịch phôi, sau khi rạch bịch để ngày hôm sau mới phun tưới nước

Nước tưới nấm phải sạch, không phèn, không chứa chất độc hại nấm và nên tưới bằng bình phun sương hay vòi phun thật mịn Tưới nước nhiều hay ít tùy theo ẩm

độ không khí của nhà nuôi nấm Bình quân 2 lần/ngày, nếu khô thì từ 3 – 4lần/ngày

Độ ẩm môi trường không khí nơi trồng nấm đạt 85-90% Nhiệt độ thích hợp 32oC, nhiệt độ tối ưu 27-28oC Ánh sáng khuyếch tán (có thể đọc sách được) đây là điều kiện thích hợp nhất để tạo quả thể nấm phát triển

25-Cách tưới: Sử dụng hệ phun sương với cảm biến tự động sẽ tiết kiệm sức lao động Người quản lý sẽ cài đặt các thông số độ ẩm, nhiệt độ yêu cầu từ trước Khi

độ ẩm xuống dưới mức yêu cầu các vòi phun sương chuyên dụng tự động hoạt động tạo ra các hạt sương siêu mịn thẩm thấu đều vào các vách Với độ chính xác cao, các hạt sương mịn tạo độ ẩm chính xác tới 0.1% nhưng không ngưng tụ , không tạo giọt bắn vào nụ và không làm hư hỏng nấm

* Một số điểm lưu ý khi trồng nấm bào ngư:

Nhạy cảm với môi trường: Ngoài các tác nhân ảnh hưởng như nhiệt độ, độ ẩm,

pH, ánh sáng, nấm bào ngư đặc biệt nhạy cảm với tác nhân gây ô nhiễm môi

trường như hóa chất, thuốc trừ sâu, các kim loại nặng, kể cả trong nguyên liệu cũng như không khí và môi trường xung quanh khu vực nuôi trồng Trong điều kiện ô nhiễm trên, tai nấm sẽ bị biến dạng hoặc ngừng tạo quả thể Vì vậy, khi nấm bào ngư phát triển tốt thì nấm thu hoạch được chắc chắn sẽ là một loại ra sạch

Dịch bệnh gây hại nấm: Chủ yếu là mốc xanh Trichoderma và ấu trùng ruồi nhỏ Đối với mốc xanh, có thể hạn chế bằng cách khử trùng tốt nguyên liệu hoặc nâng

pH Đối với ấu trùng ruồi nhỏ, để ngăn ngừa nhà trồng cần có lưới chắn và vệ sinh nhà trại, không cho ổ dịch phát sinh

Dị ứng do bào tử nấm bào ngư: Nếu hít phải có triệu chứng khó thở, có nhiều vết đỏ ở tay, nhức đầu, ho và sốt Khắc phục bằng cách đeo khẩu trang khi vào nhà nuôi trồng, tưới ẩm cho nhà trồng

Hình 2.1c Nhà trồng nấm bào ngư

2.2 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị từ xa

2.2.1 Công nghệ không dây X10

X10 là công nghệ điều khiển thiết bị điện kỹ thuật số Khi mới ra mắt, X10 dựa vào giao thức truyền tín hiệu trong đường điện Các module X10 giao tiếp với nhau qua mạng điện trong nhà Nhà thông minh X10 được điều khiển hoàn toàn bằng mã lệnh truyền trên cáp cấp nguồn điện đến từng thiết bị, theo nguyên tắc đặt mã là một chữ cái từ A đến Z và chữ số từ 1 đến 16 Người dùng có thể thiết lập 256 mã lệnh dựa vào lượng ký tự và chữ số Mỗi mã mã lệnh có thể gán cho một hoặc nhiều thiết

bị với các lệnh điều khiển khác nhau (như bật, tắt…) Dần dần, công nghệ X10 đã được cải tiến để sử dụng sóng radio nhiều hơn và cho phép điều khiển ngôi nhà thông qua Internet X10 tham gia vào mọi hệ thống điều khiển trong tòa nhà: như

Hệ thống điều hòa không khí, Hệ thống điều khiển ánh sáng, Hệ thống điều khiển cổng vào/ra, Hệ thống điều khiển đảm bảo an toàn

Hệ thống thiết bị của X10 bao gồm 1 bộ điều khiển từ xa nối với máy tính và 1

bộ nhận sóng radio để truyền và nhận tín hiệu X10 từ tất cả các module Các module lại có 1 module điều khiển đèn dây tóc (để chỉnh độ sáng), 1 module ngầm điều khiển 2 đèn neon; 1 module điều khiển các thiết bị khác như bình nước nóng, điều hoà, máy giặt… Hệ thống còn có các bộ cảm ứng chuyển động để bật đèn ở những chỗ thích hợp như cầu thang, nhà kho và module chuông chỉ hoạt động khi cảm biến chuyển động phát hiện có người

Có tuổi đời được hơn 40 năm, công nghệ này đã có bước chuyển biến lớn từ điều khiển có dây sang không dây X10 thường không được sử dụng cho các hệ thống đòi hỏi tốc độ cao hoặc giao tiếp cực mạnh giữa các thiết bị trong hệ thống tự động gia đình

Ưu điểm: Ưu điểm lớn nhất của nhà thông minh X10 chính là mức giá thành không

quá đắt đỏ: Bạn có thể có một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh cho nhà mình với chi phí chỉ trên dưới 1000 USD Tuy nhiên, tính bảo mật và an ninh của công nghệ này không cao, chủ yếu phù hợp với yêu cầu điều khiển các thiết bị gia dụng

Nhược điểm:

- Nhiễu tín hiệu: Vì tín hiệu được truyền trên mạng lưới điện dùng chung nên rất khó kiểm soát nếu các nhà gần nhau đều dùng thiết bị X10 Ngoài ra bản thân tín

hiệu điện cũng gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển Do đó, nhà bạn có thể bị điều khiển bởi một cậu bé hàng xóm hoặc bạn muốn đóng cửa nhưng đèn lại tắt mà cửa vẫn cứ mở… Các nhà sản xuất đã cho ra đời thiết bị lọc nhiễu nhưng kết quả là không hoàn hảo

- Số lượng thiết bị hạn chế: 256 thiết bị cho mỗi mạng X10 Điều này khiến X10 chỉ phù hợp triển khai cho một biệt thự cỡ nhỏ

- Không có tín hiệu phản hồi: Bản thân thiết bị X10 không có tín hiệu báo trạng thái Bạn sẽ không thể kiểm tra tình trạng của các thiết bị trong nhà một cách chính xác: Đèn hành lang đang bật hay tắt, cửa đóng hay mở, TV nhà trên đã tắt hay chưa… Có tồn tại những thiết bị X10 có khả năng báo trạng thái nhưng chi phí cao

Hình 2.2a Sơ đồ tự động nhà thông minh với công nghệ X10

2.2.2 Công nghệ không dây Insteon

INSTEON là công nghệ mạng điều khiển thiết bị gia dụng không dây, là công nghệ mang nhiều tính năng vượt trội dơn giản về cấu trúc, giá bán phù hợp dẽ dàng tích hợp vào những thiết bị có sẵn tạo ra giá trị sử dụng cao

Hình 2.2b Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ INSTEON

INSTEON là mạng mắt lưới thông minh mang nhiều tính năng đặc biệt, là sự kết hợp giữa hệ thống thu phát điều khiển không dây và hệ thống dây dẫn điện hiện tại trong nhà INSTEON không dễ bị gây nhiễu như các hệ thống một băng tần khác

INSTEON ứng dụng công nghệ hiện đại nhất để tạo ra một mạng ngang hàng thực sự đáp ứng được yêu cầu của mọi khách hàng Tất cả các thiết bị của INSTEON là ngang hàng nhau nên không cần thiết phải có thiết bị giám sát mạng đi kèm cũng như bảng định tuyến và các thiết bị phức tạp khác

Dễ dàng sử dụng

Mỗi thiết bị INSTEON có một địa chỉ ID thống nhất nên không cần thiết phải đặt địa chỉ hay quy định mã Kết nối giưa hai thiết bị INSTEON đơn giản bằng cách nhấn nut On trên thiết bị thứ nhất khoảng 10 giây, sau đó lại nhấn nut “On” trên thiết bị thứ hai 10 giây INSTEON không cần bất cứ sự can thiệp nào của máy tính vào mạng nên rất tiện lợi và dễ sử dụng

Độ tin cậy cao

Độ tin cậy là tiêu chuẩn hàng đầu của hệ thống mạng INSTEON Được xây dựng trên nện tảng là mạng ngang hàng dạng mắt lưới, INSTEON khẳng định rằng tất cả các tin xuất phát từ thiết bị đều đến đích Nếu có một tin bi ngắt quãng thì sẽ

tự động truyền lại Bởi vì tất cả các thiết bị INSTEON đều hoạt động giống như một

bộ lặp hai chiều nên mạng lưới INSTEON trở lên mạnh và rất đáng tin cậy

Giá cả phù hợp

INSTEON là công nghệ có giá thành phù hợp, chấp nhận được để điều khiển

và tích hợp toàn bộ hệ thống chiếu sáng và thiết bị gia dụng Giá cho một thiết bị INSTEON đang dự kiến là không quá 30 USD

Tốc độ truyền nhanh

INSTEON sử dụng công nghệ sử lý tín hiệu số hiện đại để mã hóa và truyền bản tin Cho pháp truyền với tốc độ cao các bản tin giữa hai thiết bị Các bản tin INSTEON đơn lẻ có thể chiếm đến 14 bytes dữ liệu để điều khiển các ứng dụng

Có thể hoạt động chung với công nghệ X10

INSTEON cho phép hỗ trợ hoạt động chung với thiết bị dùng công nghệ X10 Các mạng công nghệ X10 hiện nay có thể dẽ dàng tích hợp thêm thiết bị công nghệ INSTEON Nhưng lưu ý rằng các thiết bị INSTEON chỉ lặp và khuyếch đại tín hiệu INSTEON chứ không phải là tín hiệu X10

2.2.3 Công nghệ không dây Zigbee

ZigBee là hệ thống mạng không dây mở tương tự nhưng tốt hơn giao thức Bluetooth Bluetooth sẽ giao tiếp theo cặp thiết bị với nhau ít hơn bảy thiết bị trong khi đó ZigBee có thể giao tiếp theo cặp với hàng trăm thiết bị

ZigBee là một chuẩn không dây 802 của IEEE Một trong những thành phần chính của chuẩn này chính là IEEE 802.15.4 cho phép các thiết bị điện, cảm biến, trong khoảng cách gần 10-100m trong một mạng lưới có thể giao tiếp ngang hàng với nhau ZigBee sử dụng rất ít năng lượng để vận hành

Điểm hạn chế của ZigBee là các thiết bị được sản xuất từ các nhà chế tạo khác nhau và không tương thích với nhau do ZigBee chỉ quy định tiêu chuẩn ở lớp giao thức thấp (radio layer) và các nhà chế tạo khác nhau sẽ thiết kế các lớp phần mềm khác nhau Một hạn chế nữa của Zigbee là ít được nhà sản xuất hỗ trợ, do vậy tính đổi lẫn nhau không cao Bạn sẽ dễ bị dính chặt với một nhả sản xuất thiết bị nào đó

Hình 2.2c Ứng dụng công nghệ ZigBee trong ngôi nhà thông minh

2.2.4 Công nghệ Z-wave

Z-Wave - công nghệ sử dụng sóng không dây thế hệ mới nhất cho phép các thiết

bị điện trong nhà có thể giao tiếp với nhau, các thiết bị giao tiếp với người sử dụng thông qua các thiết bị điều khiển từ xa, máy tính, điện thoại thông minh, máy tính bảng Z-Wave được sử dụng đơn giản, ổn định, tin cậy, mức độ phát sóng radio gần như bằng không (1/4.000 so với phát sóng radio của điện thoại di động) Z-Wave dễ dàng truyền tín hiệu qua tường, sàn nhà và tủ Z-Wave có thể điều khiển hầu hết các thiết bị điện tử trong nhà, thậm chí những thiết bị được cho là không thông minh như các thiết bị điện, rèm cửa sổ, điều hòa, chiếu sáng căn nhà

Z-Wave tích hợp tất cả các thiết bị điện vào hệ thống mạng không dây trong nhà Hệ thống không yêu cầu lập trình phức tạp, không yêu cầu việc đi dây mới bổ sung Bất kỳ thiết bị Z-Wave có thể dễ dàng đăng nhập vào hệ thống mạng, các thiết bị không sử dụng công nghệ Z-Wave có thể được làm tương thích với hệ thống bằng việc sử dụng với các modul phụ Z-Wave Các thiết bị được đăng nhập vào hệ

thống mạng và có thể giao tiếp không dây với các thiết bị Z-Wave khác và bộ điều khiển

Các điểm mạnh của Z-Wave còn đáp ứng cho các hệ thống phức tạp, tuy nhiên việc sử dụng lại rất đơn giản giúp chủ nhà giảm các chi phí hóa đơn tiền điện

Hệ thống làm việc qua điều khiển từ xa và sử dụng sóng radio công suất rất thấp (1/4.000 công suất radio của điện thoại di động) Hệ thống mạng có cấu trúc mạng lưới thông minh bao phủ toàn bộ các khu vực trong căn nhà, các tín hiệu sóng radio

có khả năng truyền qua các bức tường, sàn nhà, tủ gỗ tạo nên khả năng kết nối đảm bảo độ tin cậy 100%

Việc kết nối đơn giản này cho phép người sử dụng có thể bắt đầy lắp đặt hệ thống cho căn nhà đơn giản và xây dựng hệ thống đầy đủ, phức tạp bằng việc bổ sung thêm các thiết bị trên cơ sở nhu cầu theo thời gian

Mỗi modul Z-Wave có thể hoạt động như bộ lặp tín hiệu và lệnh điều khiển có thể định tuyến thông qua tới bốn thiết bị khác Chức năng này cho phép thiết lập hệ thống tối đa trong khoảng cách tới 120m Các thiết bị bao gồm ổ cắm, công tắc, chiết áp, điều khiển từ xa, các cảm biến, camera, bộ gateway có thể thiết lập các cảnh, sự kiện, bộ thời gian theo nhu cầu mong muốn

2.2.5 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi

Wifi, đây chính là giao thức mạng chúng ta thường hay sử dụng hiện nay cho chia sẻ kết nối giữa các máy laptop, game console và nhiều thứ khác Wi-Fi có tốc

độ nhanh và phổ biến Đó cũng là lý do tại sao nhiều nhà sản xuất thiết bị tự động hay ưu tiên cho công nghệ này Tuy nhiên, Wi-Fi lại dùng nhiều năng lượng và băng thông hơn các giao thức khác

Raspberry Pi là một máy tính giá rẻ, có kích thước cực kì nhỏ gọn, chỉ bằng một thẻ tín dụng Khi cắm màn hình (màn hình máy tính, tivi), chuột và bàn phím vào Raspberry Pi để sử dụng như một chiếc máy tính thực thụ Nó mở ra cho mọi người

ở tất cả lứa tuổi cơ hội để khám phá máy tính, tìm hiểu và lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, chẳng hạn như Scratch, Python, PHP, … Nó có khả năng làm được mọi thứ như một máy tính để bàn, từ trình duyệt web, xem video độ nét cao, xử lý bảng tính (spreadsheets), xử lý văn bản (word processing) và thậm chí là chơi game Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay Raspberry Pi không hỗ trợ chạy hệ điều hành Windows vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, thiết lập hệ thống tính toán

rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình …

Ngoài ra, Raspberry Pi còn có khả năng tương tác với nhiều thứ, nó được sử dụng trong hàng loạt các dự án kỹ thuật số, chẳng hạn như thiết bị nghe nhạc, trạm thời tiết,… Đặc biệt có thể lập trình dễ dàng điều khiển công tắt đóng mở thiết bị thông qua các chân tính hiệu và thiết lập kết nối wifi

Raspberry Pi lấy nguồn cấp từ cổng micro USB vì thế bộ nguồn cung cấp cho Raspberry Pi phải có đầu ra với điện áp 5V, công suất từ 700mAh

Nếu ta định hướng tới những dự án cao cấp hơn như điều khiển máy chủ file hoặc những thiết bị theo dõi khác, cần phải lắp thêm những thiết bị vào để thiết lập Raspberry Pi và chạy nó

Hình 2.2e Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+

Raspberry Pi được sử dụng trong đề tài là Model B+:

- SoC 700MHz với 512MB RAM

- 01 cổng HDMI cho đầu ra âm thanh/video số

- GPIO: 40 chân

- Cổng USB 2.0: 4 cổng

- 01 cổng video RCA cho đầu ra video Analog

- Jack Headphone Stereo 3.5mm cho đầu ra âm thanh Analog

- 01 cổng Ethernet LAN

- Khe cắm thẻ nhớ microSD: thay bằng loại khe cắm nhấn đẩy Tiết kiệm điện năng hơn: năng lượng điện tiêu thụ chỉ dao động trong mức từ 0,5 - 1 W

- Chất lượng âm thanh: bằng cách bổ sung nguồn điện riêng với độ ồn thấp

- Tích hợp cổng video vào cổng âm thanh 3.5mm

* Một số ưu nhược điểm của Raspberry Pi

- Không có tích hợp WiFi (có thể mua USB WiFi rời gắn vào)

- Yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về Linux, điện tử

2.3 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỹ thuật tổng quát

Để vận hành hệ thống ta cần phải tìm hiểu và bố trí các thiết bị hỗ trợ chăm sóc nấm bên trong nhà nấm một cách thích hợp

2.3.1 Bố trí hệ thống tưới tự động cho nhà nấm

Trong quá trình chăm sóc nấm giai đoạn ươm mầm đến giai đoạn cuối thu hoạch, cần phải tưới nước thường xuyên và kịp thời Hệ thống tưới tự động giúp giảm thiểu được nhân viên xịt tưới nước thường xuyên

Theo như một nông dân trồng nấm cho biết: Trước đây khi chưa có hệ thống tưới tự động, cơ sở phải có 5 nhân viên thay phiên nhau dùng bịt xịt phun nước tưới các nhà ươm trồng nấm Từ khi sử dụng hệ thống tưới nước tự động, cơ sở chỉ cần

có 1 nhân viên phụ trách điều khiển hệ thống tưới Ngoài ra sau một thời gian đưa vào sử dụng hệ thống tưới tự động, năng suất nấm tăng hơn so với trước, lượng nước sử dụng được tiết kiệm hơn

Hình 2.3a: Lắp đặt hệ thống tưới tự động cho nhà nấm

2.3.2 Bố trí quạt hút, quạt thổi, máy phun nước trên mái nhà để hạ nhiệt độ

Cần duy trì nhiệt độ trong nhà nấm luôn ở mức 26 - 29 độ C, đây là môi trường nhiệt độ tốt nhất cho sự phát triển phôi nấm Cần trang bị máy bơm nước lên mái nhà để hạ nhiệt độ

Hình 2.3b Sơ đồ bố trí vòi phun nước tự động

2.3.3 Bố trí lắp đặt máy phun sương để tăng độ ẩm không khí trong nhà nấm

Nấm rất ưa ẩm (độ ẩm tốt nhất khoảng 80%), do vậy người trồng nấm quan tâm đầu tiên là làm sao khống chế được lượng nước tưới, tạo ra độ ẩm cần thiết, phù hợp với từng giai đoạn phát triển của nấm nếu gặp thời tiết hanh khô, nắng nóng thì

phải sử dụng vòi phun sương bơm từ 2-3 lần và phun trực tiếp vào các giá thể nấm

Hình 2.3c Hệ thống tưới phun tự động tại nhà nấm

dụng thử nghiệm thực tế tại một nhà trồng nấm Nhơn Trạch-Đồng Nai và hy vọng

sẽ đưa vào ứng dụng rộng rãi trong tương lai gần

Thông thường, các hệ thống điện được đi dây và được thiết kế trong giai đoạn chuẩn bị xây dựng căn nhà Với công nghệ wifi cho phép lắp đặt hệ thống mà không cần phải khoan tường đi lại dây điện

Hơn nữa chi phí giá thành cho hệ thống với công nghệ wifi kết hợp bo mạch điều khiểm Raspberry Pi thực tế rất rẻ so với các công nghệ khác

2.5 Phần mềm cho hệ thống điều khiển

2.5.1 Web IOPI

Là một ứng dụng web để tương tác với bo mạch Raspberry Pi đều khiển các thiết bị điện từ xa có tên là Web IOPI Nó cho phép chúng ta điều kiển các chân của

bo mạch Raspberry Pi thông qua mạng bằng cách sử dụng trình duyệt web

Ngôn ngữ lập trình cho Web Ipoi tương tác với bo mạch Raspberry Pi là python 2.5.2 Web giao diện người dùng

Được viết bằng ngôn ngữ asp.net, có nhiệm vụ giao tiếp với người dùng để quyền chuyển điều khiển của các thiết bị từ chế độ tự động sang chế độ thủ công Trang chủ thể hiện các hình nấm mẫu tương ứng với các tình trạng của nhà nấm Với mỗi nhà nấm, tình tạng nhà nấm được thể hiện thông qua màu sắc để chủ nhà nấm dễ dàng quan sát

 Nhà nấm màu xanh: Nhà nấm đang trong tình trạng bình thường nghĩa là các thông số về nhiệt độ, độ ẩm được cập nhật về hệ thống đều tốt

 Nhà nấm màu vàng: Nhà nấm nào có vấn đề, nghĩa là độ ẩm hoặc nhiệt độ không khớp với yêu cầu Việc này khiến người quản lý dễ dàng quan sát nhiều nhà nấm cùng lúc

 Nhà nấm màu đỏ: Nếu trong 15 phút mà các thông số nhiệt độ, độ ẩm bên trong nhà nấm vẫn không đáp ứng được nhu cầu của nấm Khi nhà nấm hiển thị tình trạng màu đỏ thì người quản lý phải kiểm tra nhà nấm đó xem có vấn

đề gì với hệ thống hay không, để tìm hướng giải quyết

Hình 2.5a: Giao diện web điều khiển và hiển thị tình trạng với các màu khác nhau

Những nút Auto/Manual thể hiện trạng thái của các thiết bị trong nhà nấm Ngay khi nhân viên bấm vào nút “Manual” thì trạng thái sẽ được cập nhật vào CSDL, hệ thống sẽ báo rằng nhà nấm này đang được điều khiển bằng tay

Sau khi đã điều khiển thành công người quản lý sẽ trả lại quyền tự điều khiển bằng cách nhân vào nút “Auto”

2.5.3 Ứng dụng giao diện người dùng trên điện thoại di động

Hình 2.5b Giao diện chính trên điện thoại di động

- Ứng dụng được viết chạy trên các thiết bị di động cài hệ điều hành Android

- Màn hình giao diện chính của hệ thống được xây dựng có đầy đủ các chức năng sau:

 Hệ thống chạy ở chế độ tự động: Khi nhấn nút AUTO, chế độ tự động được thực hiện theo nguyên tắc sau:

+ Quạt thổi để giảm nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng quá nóng đến 1 ngưỡng nào đó, hệ thống tự động bật quạt thổi để giảm nhiện độ nhà nấm (Hệ thống kích hoạt bật Rờ le 4) Khi nhiệt độ giảm xuống dưới ngưỡng này thì hệ thống tự động tắt quạt thổi (Tắt rờ le 4)

+ Đèn chiếu sáng để tăng nhiệt độ: Khi nhiệt độ giảm đi quá lạnh đến 1 ngưỡng nào đó, hệ thống tự động bật đèn chiếu sáng để làm tăng nhiệt độ nhà nấm (Bật Rờ le 1) Khi nhiệt độ tăng trở lại trên ngưỡng này thì tắt đèn chiếu sáng (Tắt Rờ le1)

+ Quạt hút để giảm độ ẩm: Khi độ ẩm quá nhiều lớn hơn mức cho phép

2.5.4 Cơ sở dữ liệu:

Cơ sở dữ liệu được xây dựng sử dụng SQLite để lưu trữ các bảng thiết kế liên quan đến các thiết lập thông số môi trường Bao gồm các bảng:

- NHANAM: Key, SoTT, Loainam, Dotuoi, NhietdoMin, NhietdoMax,

DoAmMin, DoAmMax, Guitinnhan, Tudong Bảng này lưu trữ các thông số được thiết lặp để điều khiển thiết bị tùy theo từng loại nấm, độ tuổi của nấm

mà ta có các thông số môi trường khác nhau

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1 Mô hình hệ thống

3.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống

Hình 3.1a Mô hình hoạt động của hệ thống

Hệ thống xây dựng tương tác với bộ điều khiển sử dụng bo mạch Raspberry Pi

để tương tác với các thiết bị điện trong nhà nấm

Hệ thống gồm 2 phần xử lý chính:

Phần 1: Xử lý tương tác giữa người dùng với hệ thống

Hệ thống cung cấp giao diện web hỗ trợ trên nền tảng thiết bị di động giúp cho người dùng tương tác với hệ thống một cách dễ dàng ở mọi lúc mọi nơi Bên cạnh

đó, hệ thống cũng cung cấp ứng dụng trên điện thoại di động chạy hệ điều hành Android, giúp người dùng tương tác điều khiển thiết bị một cách dễ dàng

Phần 2: Xử lý chức năng hệ thống điều khiển các thiết bị điện

Chức năng điều khiển thiết bị điện được xử lý bởi bo mạch Raspberry Pi tương tác với ứng dụng web WebIopi đểu điều khiển hệ thống Đó cũng là nơi lưu trữ thông tin người dùng, lưu trữ các thiết lập của người dùng vào cơ sở dữ liệu Bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển các thiết bị được gắn kết trong hệ thống và dễ dàng xem trạng thái, điều khiển, tương tác đến từng thiết bị trong hệ thống

Raspberry Pi

Thiết bị 1

Thiết bị 2

Thiết bị 3 Cảm biến

nhiệt độ, độ ẩm Http