ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG của cây TRỒNG (có code)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CỦA CÂY TRỒNG MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT I2C Inter-Integrated Circuit UART Universal Asynchronous Receiver LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode IoT Internet of Things ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/38 CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung Thật rõ ràng để thấy số phát triển ứng dụng điều khiển cảm biến nông nghiệp, bước thay đổi từ kết nối liệu thông qua dây cáp kết nối không dây ngày xuất rõ nét Mạng không dây giảm chi phí lắp đặt, thêm nhiều tính linh hoạt, dễ triển khai khó khăn bảo trì 1.2 IoT nông nghiệp tại Việt Nam Trong đó, trước thách thức biến đổi khí hậu, gia tăng dân số nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực thách thức mang tính tồn cầu Ngành nơng nghiệp phải tìm kiếm phương thức tốt để gia tăng hiệu sản xuất Cách áp dụng cơng nghệ vào hoạt động sản xuất, canh tác Chính vậy, việc đưa ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp giúp minh chứng rõ cho việc IoT đem lại hiệu to lớn Đó lý mà nơng nghiệp lĩnh vực quan tâm đầu tư nhiều startup lựa chọn để gọi vốn Những hệ thống thiết bị cảm biến, đo đạc kết nối với nhau, tích hợp GPS cơng nghệ theo dõi để thu thập liệu, kết nối với hạ tầng đám mây để truy xuất liệu, phân tích đưa định tối ưu hóa lượng nước, lượng phân bón, tự động hóa hoạt động nơng nghiệp hàng ngày cung cấp giải pháp theo dõi thời gian thực Nhờ đó, điều kiện dinh dưỡng trồng tối ưu, cho mức sinh trưởng tốt Giảm thiểu dịch bệnh yếu tố quan trọng việc nâng cao hiệu suất canh tác Thêm vào đó, người dùng có xu hướng chuộng sản phẩm ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/38 hữu nên ngành nông nghiệp phải bắt đầu trọng tìm kiếm giải pháp giảm thiểu dịch bệnh cho trồng mà không sử dụng thuốc trừ sâu Hiện có khơng giải pháp ứng dụng IoT giúp giám sát số lượng sâu bệnh, phát số lượng sâu bệnh trở nên cao, hệ thống tự động kích hoạt ngăn cản q trình kết đơi sâu bệnh để giảm thiểu gia tăng, kèm theo cảnh báo để nơng dân lựa chọn phương thức xử lý nhân công, sinh học hay thuốc trừ sâu Ngày nay, ngành nông nghiệp vốn người biết đến với việc phải phụ thuộc vào kinh nghiệm quan sát người nông dân, họ phải đối mặt với thách thức việc tìm kiếm cách thức tốt để tăng gia sản xuất, tăng hiệu chất lượng nông sản Cách việc áp dụng cơng nghệ vào nông nghiệp IoT biến nông nghiệp lạc hậu trở thành lĩnh vực sản xuất mang tính định hình, lĩnh vực sản xuất xác dựa số liệu thu thập từ tổng hợp, phân tích thống kê IoT biến nông nghiệp từ lĩnh vực sản xuất định tính thành lĩnh vực sản xuất xác dựa vào số liệu thu thập, tổng hợp phân tích thống kê Từ việc phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu , người nơng dân tự chủ, điều chỉnh thứ để đạt hiệu mong muốn 1.3 Truyền nhận không dây điều khiển thiết bị Cùng với phát triển khoa học, công nghệ nhiều lĩnh vực nơng nghiệp ngày cơng nghệ hóa Cơng nghệ khơng dây ứng dụng nhằm thu nhận liệu, bật tắt thiết bị, động cơ, tự động hóa nơng nghiệp 1.4 Lý thuyết tưới tiêu tự động mục đích đề tài Sử dụng cảm biến kết hợp với vi điều khiển cho ta biết thông số đất môi người xung quanh nhiệt độ, độ ẩm khơng khí Mọi thứ ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/38 thu thập dựa để đưa phương án thích hợp để mang lại môi trường phát triển lý tưởng cho trồng Với tiện ích thuận tiện khoa học việc điều khiển, giám sát theo dõi mà đề tài thực Tưới tiêu tự động hệ thống dựa thông số thu thập mà điều khiển động máy bơm, bật đèn Người dùng đơn giản cần khởi động hệ thống thứ tự động họ ln theo dõi khu vườn 1.5 Lý thuyết độ ẩm đất 1.5.1 Khái niệm Độ ẩm đất lượng nước mẫu đất bị mẫu đất bị đốt nóng lên đến nhiệt độ 105°C Độ ẩm đất thường biểu diễn theo % khối lượng đất khô 1.5.2 Cơng thức tính mw md W= × 100 Trong đó: W: độ ẩm đất (%) mw: khối lượng nước đất (g) md: khối lượng đất khô đất (g) Khối lượng nước có mẫu đất xác định độ chênh lệch khối lượng mẫu đất trước sau sấy khô nhiệt độ 105°C 1.6 Lý thuyết khái niệm ánh sáng 1.6.1 Lý thuyết Ánh sáng phát từ vật thể tượng sau: ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/38 • Thiết bị điện: Chiếu sáng • Nóng sáng: Các chất rắn chất lỏng phát xạ nhìn thấy chúng nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000K Cường độ ánh sáng tăng lên màu sắcbề trở nên sáng nhiệt độ tăng • Phóng điện: Khi dòng điện chạy qua chất khí, nguyên tử phân tử phát xạ với quang phổ mang đặc tính ngun tố có mặt • Phát quang điện: Ánh sáng tạo dòng điện chạy qua chất rắn định chất bán dẫn photpho • Phát sáng quang điện: Thông thường chất rắn hấp thụ xạ tại bước sóng phát trở lại tại bước sóng khác Khi xạ phát nhìn thấy được, tượng gọi phát lân quang hay phát huỳnh quang 1.6.2 Khái niệm • Lumen: Đơn vị quang thông; thông lượng phát phạm vi đơn vị góc chất rắn nguồn điểm với cường độ sáng Candela • Hiệu suất tải lắp đặt: Đây độ chiếu sáng trì trung bình cung cấp mặt phẳng làm việc ngang Oát công suất với độ chiếu sáng nội thất chung thể lux/W/m² • Lux: Đây đơn vị đo theo hệ mét cho độ chiếu sáng bề mặt Độ chiếu sáng trì trung bình mức lux trung bình đo tại điểm khác khu vực xác định • Hiệu suất tải mục tiêu: Giá trị hiệu suất tải lắp đặt xem đạt với hiệu suất cao nhất, thể lux/W/m² • Hệ số sử dụng (UF): Đây tỷ lệ quang thông đèn phát tới mặt phẳng làm việc Đây đơn vị đo thể tính hiệu phối hợp chiếu sáng ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/38 ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/38 CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ MẠCH NGUYÊN LY 2.1 Sơ đồ hệ thống Cloud, App Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm khơng khí Trung tâm xử lý tín hiệu Cảm biến lưu Điều khiển lượng nước Cảm biến Cảm biến độ cường độ ánh ảm đất sáng Hình 2-1: Sơ đờ toàn mạch Giải thích sơ đồ: - Mạch thu nhận liệu cảm biến, xử lý sau tổng hợp gửi trung tâm - Khối điềuNguồn khiển mạch điều khiển bao gồm relay để bật tắt bơm đèn báo hiệu - Khối cloud, app bao gồm gửi liệu lên điện thoại 2.1.1 Sơ đồ khối cảm biến CảmTRỒNG biến ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 27/38 Các thông số hiển thị - Thông số độ ẩm đất hiển thị rõ ràng, người dùng dễ dàng nhận diện nắm tình hình mơi trường Các thơng số hiển thị thành dạng biểu đồ giúp tiện lợi trực giao việc theo dõi, nhận xét truy xuất liệu Hình 4-2: Giao diện điện thoại [ng̀n internet] Kết thi công Mạch điều khiển bao gồm: ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 28/38 - Arduino Mega ESP8266 kết nối WiFi điều khiển, xử lý - liệu Khối điều khiển dùng relay cho phép người dùng điều khiển động - thiết bị điện khác Màn hình hiển thị LCD cho phép theo dõi trực tiếp thông số Mạch xử lý trung tâm bao gồm: - Atmega2560 xử lí liệu từ cảm biến gửi liệu thu thập - Cảm biến độ ẩm đất để lấy thơng tin tình trạng đất - Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm trả thông số từ môi trường Hình 4-3 Mạch điều khiển 4.2 Mơ hình ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 29/38 Hình 4-4 Mơ hình Hình 4-5 Mơ hình ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 30/38 Hình 4-6 Mơ hình 4.3 Kết vận hình Giá trị nhiệt độ, độ ẩm môi trường độ ẩm đất , cường dộ ánh sáng sau hệ thống vận hành LCD mơ hình: Hình4-7 Giá trị LCD ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 31/38 Giá trị nhiệt độ, độ ẩm môi trường độ ẩm đất , cường dộ ánh sáng sau hệ thống vận hành phần mềm Blynk: Hình 4-8 Giá trị Blynk Các thông số thể trực giao, dễ theo dõi so sánh Dựa vào đồ thị nhận xét tình trạng trồng Người nông dân dễ dàng đưa biện pháp để chăm sóc đáp ứng nhu cầu ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 32/38 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Nhận xét Trong thực đề tài có gặp số khó khăn: - Tín hiệu nhận không ổn định, bị trễ không gửi - khắc phục cách cho mạch phát tự động khởi động lại Khắc phục cách định thời cho thời gian gửi liệu lên độc lập khác Ưu điểm - Có tính ứng dụng cao - Truyền nhận liệu xa tiện cho công tác quản lý điều - khiển Mạch dễ sử dụng, giá thành thấp Hạn chế - Dễ bị nhiễu nhiều nguyên nhân khác - Cảm biến có độ chưa hợp lý, xác chưa cao, chu KẾT LUẬN Kết luận Trong thực đề tài thu kết sau: ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 33/38 - Dựa vào số liệu thu nhận mà điều khiển động tưới Các module kết nối với nhau, truyền nhận thông tin liệu với khối tổng điều khiển động máy bơm cách tự động theo dõi - giám sát thông số thu thập Điều khiển bật tắt máy bơm cách hoàn toàn tự động Hướng phát triển đề tài - Điều khiển từ web để nâng cao tính động ,tăng tính độ linh - hoạt việc điều khiển Phát triển thêm cảnh báo qua điện thoại, gửi thêm tin nhắn thơng báo đến điện thoại có trường hợp bất thường xảy hệ thống - Tích hợp thêm số cảm biến để nâng cao tính cảm biến ánh sáng để bật tắt đèn đêm, tăng cường ánh sáng cho số loại trồng cần ánh sáng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: Chu Thị Thơm, Phan Thị Lài, Nguyễn Văn Tó (2006), Độ ẩm đất với trồng, tr 30-40 Phạm Anh Cường, Nguyễn Mạnh Cường (2008), Trồng rau cải, tr 1-10 Tiếng Anh: Ercan E Kuruoglu (1985), Digital Signal Processing, 75(1), pp 178-90 ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 34/38 Joe Campbell (1980), C Programmer's Guide to Serial Communications, pp 320-350 PHỤ LỤC A Code Arduino #define BLYNK_PRINT Serial #include #include #include #include ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 35/38 #include #include #define DHTPIN #define DHTTYPE DHT11 int const T_RELAY_PIN = 6; #define TREE_WATER_LEVEL_HIGH 50 #define TREE_WATER_LEVEL_LOW 49 volatile int flow_frequency; unsigned int l_hour; unsigned char flowsensor = 2; unsigned long currentTime; unsigned long cloopTime; void flow () { flow_frequency++; } ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 36/38 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); #include #include BH1750FVI LightSensor; uint16_t Light_Intensity = 0; LiquidCrystal_I2C lcd(0x3f,20,4); const int trig = 2; const int echo = 3; byte degree[8] = { 0B01110, 0B01010, 0B01110, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000 }; ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 37/38 char auth[] = "8087a39d1ae54fd9b32b20341062c76a"; char ssid[] = "Thuy Tien"; char pass[] = "55555555"; #define EspSerial Serial1 #include #define ESP8266_BAUD 115200 ESP8266 wifi(&EspSerial); BlynkTimer timer; void sendSensor() { ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 38/38 //cuong anh sang uint16_t anhsang = LightSensor.GetLightIntensity() ; // am dat int value = analogRead(A0); int doamdat = map(value, 0, 1023, 100, 0); // nhiet va am khong float doam = dht.readHumidity(); float nhietdo = dht.readTemperature(); // or dht.readTemperature(true) for Fahrenheit if (isnan(doam) || isnan(nhietdo)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return; } Blynk.virtualWrite(V5, doam); Blynk.virtualWrite(V6, nhietdo); Blynk.virtualWrite(V4, doamdat); Blynk.virtualWrite(V3, anhsang); Blynk.virtualWrite(V7, l_hour); ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 39/38 //luuluonng pinMode(flowsensor, INPUT); digitalWrite(flowsensor, HIGH); Serial.begin(9600); attachInterrupt(0, flow, RISING); sei(); currentTime = millis(); cloopTime = currentTime; Blynk.begin(auth, wifi, ssid, pass, "blynk-cloud.com", 8442); // Setup a function to be called every second timer.setInterval(1000L, sendSensor); } void loop() { ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 40/38 Blynk.run(); timer.run(); wateringProcess(); cambiennuoc(); } void wateringProcess(void){ int value = analogRead(A0); int doamdat = map(value, 0, 1023, 100, 0); if(doamdat > TREE_WATER_LEVEL_HIGH) { digitalWrite(T_RELAY_PIN, LOW); } else if(doamdat < TREE_WATER_LEVEL_LOW) { digitalWrite(T_RELAY_PIN, HIGH); } } ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41/38 void cambiennuoc(void){ currentTime = millis(); if(currentTime >= (cloopTime + 1000)) { cloopTime = currentTime; l_hour = (flow_frequency * 60 / 7.5); flow_frequency = 0; Serial.print(l_hour, DEC); Serial.println(" L/hour"); } } ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ... điều khiển 4.2 Mơ hình ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 29/38 Hình 4-4 Mơ hình Hình 4-5 Mơ hình ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... theo ý người dùng ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 16/38 CHƯƠNG 3.GIỚI THIỆU LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH 3.1 Một số linh kiện sử dụng mạch 3.1.1... sử dụng (UF): Đây tỷ lệ quang thông đèn phát tới mặt phẳng làm việc Đây đơn vị đo thể tính hiệu phối hợp chiếu sáng ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/38 ỨNG