Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trong nông nghiệp

Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát các thông số cây trồng cũng như nhệt độ độ ẩm , ánh sáng môi trường cho cây trồng nông nghiệp. Hệ thống lấy dữ liệu thời tiết và tự đo đạc thông số để điều khiển hệ thống tưới tiêu tự động. Ngoài ra, hệ thống còn cho phép người dùng giám sát các thông số qua web hoặc app trung gian là thingspeak. Giúp ta có thể giám sát từ xa

Mục lục Mở đầu Đặt vấn đề 1.1 Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến trồng 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm khơng khí 1.3 Ảnh hưởng độ ẩm đất 1.4 Ảnh hưởng ánh sáng 1.5 Các đại lượng ánh sáng Thiết kế hệ thống đo giám sát 12 2.1 Cấu trúc hệ thống 12 2.2 Thiết bị sử dụng hệ thống 13 2.2.1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 13 2.2.2 Module Wifi ESP8266V1 16 2.2.3 Cảm biến DHT11 17 2.2.4 Cảm biến độ ẩm đất 19 2.2.5 Cảm biến ánh sáng BH1750 19 2.2.6 2.3 Màn hình hiển thị I2C – LCD 21 22 22 Thiết kế mạch nguyên lý mạch in 24 2.2.7 Khối nguồn 2.2.8 Relay 5V 2.3.1 Thiết kế khối nguồn 24 2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển Relay 25 2.3.3 Thiết kế mạch PCB 27 2.4 Thiết kế phần mềm 28 2.4.1 Lưu đồ thuật toán cho hệ thống 28 2.4.2 Giao tiếp với cảm biến DHT11 29 2.4.3 Giao tiếp với cảm biến BH1750 31 2.4.4 Giao tiếp với module ESP8266V1 34 Giám sát thông số qua Thingspeak 36 3.1 Giới thiệu Thingspeak 36 3.2 Tạo kênh giám sát qua Thingspeak 36 3.3 Tạo kênh lấy liệu từ Web weather.com: 37 Kết đánh giá 40 Kết luận hướng phát triển 42 Tài liệu tham khảo 43 Danh sách hình vẽ 1.1 Cây rễ 1.2 Ảnh hưởng ánh sáng 1.3 Phổ ánh sáng nhìn thấy 1.4 Các loại nguồn sáng 1.5 Hàm độ rõ ánh sáng có bước sóng λ mà mắt cảm nhận 1.6 Cường độ ánh sáng theo phương OA 10 1.7 Liên hệ độ rọi với cường độ ánh sáng độ chói 10 2.1 Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống 12 2.2 Hình ảnh chip STM32F103C8T6: 13 2.3 Sơ đồ chân chip STM32F103C8T6 14 2.4 Module Wifi ESP8266 V1 16 2.5 Sơ đồ chân ESP8266 V1 17 2.6 Cảm biến DHT11 17 2.7 Cấu tạo DHT11 18 2.8 Cảm biến độ ẩm đất 19 2.9 Cảm biến ánh sáng 20 2.10 Cảm biến ánh sáng 20 2.11 LCD16x2 21 2.12 Cảm biến ánh sáng 21 2.13 Nguồn 5v 1A 22 2.14 Hình ảnh thực tế Relay 5v 1A 23 2.15 Hình ảnh thực tế AMS1117-3.3V 24 2.16 Mạch nguồn 3.3V 25 2.17 Mạch điều khiển Relay 26 2.18 Mạch dao động thạch anh 27 2.19 Mạch PCB có tụ lọc nhiễu dần chân nguồn 27 2.20 Toàn thiết kế mạch PCB 28 2.21 Thiết kế PCB dạng 3D 28 2.22 Lưu đồ thuật toán hệ thống 29 2.23 Xung tín hiệu cho phép khởi tạo cảm biến 30 2.24 Xung tín hiệu cho phép khởi tạo cảm biến 30 2.25 Dữ liệu từ cảm biến 30 2.26 Cấu tạo BH1750 31 33 2.28 Đọc liệu ghi liệu 33 2.29 Một số tập lệnh AT 35 3.1 Tạo tài khoản Thingspeak 36 3.2 Tạo chanels Thingspeak 37 3.3 Giao diện Thingspeak 37 3.4 Giao diện Thingspeak 38 3.5 Giao diện trang Web lấy thông số nhiệt độ 39 3.6 Trích xuất liệu từ trang web khác 39 4.1 Sản phẩm mạch thật 41 2.27 Frame truyền tin Danh sách bảng 1.1 Độ rọi đặc trưng cho đối tượng chiếu sáng 10 2.1 Bảng thiết bị ngoại vi 14 2.2 Bảng thông số STM32 15 2.3 Chân DHT11 18 2.4 Cấu tạo chân cảm biến đất 19 2.5 Thống kê công suất tiêu thụ khối 3.3V 24 2.6 Thông số kỹ thuật AMS1117-3.3V 24 2.7 Thông số kỹ thuật AMS1117-3.3V 25 2.8 Sai số cảm biến DHT11 31 2.9 Các tập lệnh AT sử dụng 34 Mở đầu Nước ta có điều kiện khí hậu địa hình thuận lợi cho phát nơng nghiệp Nơng nghiệp đóng vai trị quan trọng kinh tế nước nhà Tuy nhiên, đứng trước nhu cầu chất lượng sản lượng sản phẩm nơng nghiệp nói chung ngành trồng trọt nói riêng, cần có tham gia hỗ trợ thiết bị cơng nghệ Ngồi ra, biến đổi khí hậu khiến ngành trồng trọt chịu ảnh hưởng tiêu cực thấy rõ Việc khơng kiểm sốt ảnh hưởng môi trường làm trồng mắc bệnh, giảm sản lượng chất lượng, từ giảm giá thành, ảnh hưởng đến nguồn thu người nông dân, Việt Nam chỗ đứng thị trường nông nghiệp khu vực giới Từ nhận thấy, việc giám sát thông số môi trường quan trọng cần thiết Ở trọng đến số thơng số có ảnh hưởng lớn tới sinh trưởng trồng độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng Từ giá trị đo được, việc quan sát đưa định chăm sóc phù hợp, cịn lưu trữ số liệu phục vụ cho nghiên cứu biến đổi khí hậu Hiện nay, với phát triển công nghệ, thiết bị cảm biến, vi điều khiển thiết bị truyền thông giá rẻ đời, hướng đến việc ứng dụng vào môi trường nơng nghiệp Với định hướng đó, chúng em thực đề tài Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển nông nghiệp Mục đích đề tài tạo sản phẩm chất lượng giá rẻ, hỗ trợ người nơng dân q trình sản xuất Đồ án chuyên ngành gồm nội dung sau đây: Mở đầu Chương :Giới thiệu chung Chương : Giám sát hệ đo điều khiển hệ tưới Chương :Thiết kế thiết bị đo giám sát Chương :Giao diện giám sát với Thingspeak Kết luận hướng phát triển Trong trình thực hiên đồ án chuyên ngành, chúng em củng cố tiếp thu thêm kiến thức Hơn chúng em học tập rèn luyện phương pháp làm việc, nghiên cứu cách chủ động hơn, linh hoạt hơn, đặc biệt phương pháp làm việc theo nhóm Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giúp đỡ chúng em nhiệt tình trình làm đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội tháng 7, năm 2020 Chương Đặt vấn đề 1.1 Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến trồng Hãy bắt đầu cách khám phá định nghĩa ‘tăng trưởng’ Khi trồng quý vị lớn lên, tăng kích thước, phát triển tế bào mở rộng tế bào có Thực vật tăng trưởng quang hợp vượt nhịp hô hấp chúng Quang hợp trình diệp lục tố thực vật, sử dụng lượng ánh sáng để chuyển đổi carbon dioxide thành carbohydrate Thực vật đốt cháy loại đường hô hấp Năng lượng giải phóng cho phép phát triển Sự tăng trưởng tối ưu đòi hỏi tăng cường tương xứng yếu tố nêu Nếu yếu tố thấp mức tối ưu, tốc độ tăng trưởng bị cản trở - Cấp nước: hấp thụ nước có ý nghĩa quan trọng để đảm bảo tăng trưởng tối đa Trên hết, trồng hấp thụ chất dinh dưỡng thơng qua hệ rễ nó, dạng độ ẩm Càng nhiều rễ, lượng hấp thu chất dinh dưỡng cao Do đó, đảm bảo quý vị trì mức độ pH ổn định để ngăn ngừa hư hại cho hệ rễ Khi trồng hạ thấp xuống, vấn đề với nguồn cấp nước - Dinh dưỡng: hầu hết khối kiến trúc trồng diện khơng khí Bón phân ảnh hưởng đến tăng trưởng khoảng 6% Như vậy, đừng sử dụng nhiều phân bón mức cần thiết, điều cản trở tăng trưởng - Cường độ ánh sáng: phát triển cách đốt cháy đường glucose Những loại đường sản phẩm từ lượng ánh sáng (q trình quang hợp) Do đó, trồng cần có đủ ánh sáng Sự phát triển rễ đặc biệt bị cản trở thiếu hụt ánh sáng, ngăn cản khả hấp thu chất dinh dưỡng trồng - Ôxy CO2 : trồng cần đến ôxy để hô hấp Làm ngập nước đẩy ơxy khỏi đất, dẫn đến thối rễ Ngồi ra, trồng cần khí CO2 để tạo glucose, có nhiều thứ khơng khí - Nhiệt độ : đảm bảo nhiệt độ đất vào khoảng 20o C Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tốc độ tăng trưởng Khi cao (trên 30o C )thì trình quang hợp giảm Khi thấp tăng trưởng, tạo hoa chậm lại - Độ ẩm khơng khí : độ ẩm thấp cao, cản trở phát triển trồng Khi cao cản trở khả trồng để làm bay nước qua cây, dẫn đến giảm khả hấp thụ nước chất dinh dưỡng qua rễ Nó làm tăng khả gây tác hại nấm Khi độ ẩm thấp, trồng bắt đầu có dấu hiệu bỏng, dẫn đến diệp lục tố 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm khơng khí Nhiệt độ giới hạn cho tồn sinh vật khoảng −35o C đến +75o C Nhiệt độ cân thiết cho sinh trưởng phát triển phần lớn trồng nông nghiệp Ảnh hưởng nhiệt độ tới sinh trưởng trồng Nhiệt độ giới hạn cho tồn sinh vật khoảng −35o C đến +75o C Tuy nhiên, khoảng nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng phát triển phần lớn trồng nông nghiệp biến thiên khoảng nhiệt độ hẹp hơn; từ 15-40oC Ở nhiệt độ cao hay thấp khoảng giới hạn sinh trưởng bị giảm cách nhanh chóng Nhiệt độ tối hảo cho sinh trưởng khác tùy theo giống hay loài, tùy theo thời gian tác động nhiệt độ, tuổi cây, thời kỳ phát triển, ngưỡng sinh trưởng riêng biệt dùng để đánh giá khả hoàn thành chu kỳ sống, hấp thu nước dinh dưỡng, hô hấp, khả thấm màng tế bào, tổng hợp protein Các ảnh hưởng phản ảnh sinh trưởng trồng Khả sinh trưởng trồng phụ thuộc lớn vào tốc độ hình thành mới, có nghĩa diện tích quang hợp tăng làm ảnh hưởng lớn đến tổng quang hợp sản lượng trồng Vì vậy, tốc độ phát triển thời gian phát triển giai đoạn sinh trưởng khác đóng góp lớn đến sản lượng trồng Tiến trình hơ hấp thoát nước trồng chịu ảnh hưởng trực tiếp nhiệt độ, trình giảm nhiệt độ giảm ngược lại Ở nhiệt độ cao, tốc độ hô hấp ban đầu tăng nhanh sau vài lại giảm nhanh số trồng Đối với nhiều loại giống trồng nhiệt độ tối hảo cho quang hợp thấp nhiệt độ tối hảo cho hô hấp Điều chứng minh suất trồng lấy tinh bột bắp khoai tây, vùng khí hậu mát mẽ cao suất trồng vùng khí hậu nóng Có thể điều kiện nhiệt độ cao kéo dài, trồng bị cân đối q trình tích lũy chất hữu cơ, hơ hấp tiến hành nhanh quang hợp Trong điều kiện nhiệt độ cao, nước vượt q lượng nước hấp thu vào, hậu bị héo Sự hấp thu nước rễ chịu ảnh hưởng nhiệt độ, môi trường nhiệt độ tăng từ 0o C − 60o C hay 70o C hấp thu nước rễ tăng Nhiệt độ đất thấp ảnh hưởng bất lợi đến sinh trưởng ảnh hưởng nhiệt độ đến hấp thu nước Nếu nhiệt độ đất thấp mà cao, trồng bị tổn thương mô bị nước Ẩm độ đất bị ảnh hưởng nhiệt độ, thời tiết nóng khơng bình thường làm cho bốc nước nhanh từ mặt đất Nhiệt độ gây ảnh hưởng cách gián tiếp đến sinh trưởng cây, ảnh hưởng nhiệt độ đến dân số vi sinh vật đất Sự hoạt động vi khuẩn chuyển hoá N, phần lớn sinh vật tự dưỡng, tăng theo tăng nhiệt độ pH đất thay đổi theo nhiệt độ, pH lại ảnh hưởng đến sinh trưởng trồng Người ta nhận thấy Điều thường giải thích hoạt động vi sinh vật đất, mang theo giải phóng CO2 , CO2 kết hợp với nước hình thành carbonic acid (H2 CO3 ) Trong đất chua thay đổi nhỏ pH ảnh hưởng đến khả hữu dụng chất dinh dưỡng vi lượng Mn, Zn hay Fe Nhiều nghiên cứu mối quan hệ suất hay sản lượng chất khô nhiệt độ thực Sự hiểu biết mối quan hệ nhiệt độ sinh trưởng trồng quan trọng trồng hay giống khơng thích hợp với điều kiện nhiệt độ vùng dẫn đến kết tiềm năng suất bị giảm, khơng có thu hoạch Nhiệt độ làm thay đổi thành phần khơng khí đất, tăng hay giảm hoạt động vi sinh vật đất Khi hoạt động vi sinh vật đất tăng, hàm lượng CO2 khơng khí đất tăng hàm lượng O2 giảm Trong điều kiện mà khuếch tán Hình 2.22: Lưu đồ thuật tốn hệ thống Khi mạch cấp nguồn, vi xử lý bắt đầu trình cấu hình (quá trình khởi tạo) bao gồm khởi tạo biến toàn cục, chia xung clock, cấu hình ngắt phục vụ đọc cảm biến, ngắt cho timer, UART1, GPIO, I2C cho đọc cảm biến BH1750 LCD; đồng thời khởi tạo ESP8266 Sau khởi tạo xong, vi điều khiển kết nối tới cảm biến để đọc liệu Dữ liệu đọc so sánh với thông số yêu cầu để điều khiển Relay (đèn, bơm), sau hiển thị liệu lên hình LCD Cuối chu trình liệu gửi lên Server trung gian Thinkspeak thông qua module Wifi ESP8266 Kết thúc chu trình, chương trình quay lại bước kết nối đọc giá trị từ cảm biến 2.4.2 Giao tiếp với cảm biến DHT11 DHT11 cảm biến sử dụng giao tiếp dây, muốn đọc liệu, vi điều khiển gửi tín hiệu yêu cầu đọc đợi liệu gửi từ cảm biến Trình tự đọc liệu từ cảm biến gồm hai bước: - Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau DHT11 xác nhận lại - Khi giao tiếp với DHT11, cảm biến gửi lại byte liệu nhiệt độ đo 29 Để khởi tạo cảm biến, bước sau: - Đặt pin (dữ liệu) làm đầu - Kéo pin thấp 18ms - Đọc liệu cách đặt pin làm đầu vào Bước 1: Gửi tín hiệu Start tới cảm biến Hình 2.23: Xung tín hiệu cho phép khởi tạo cảm biến Để khởi tạo cảm biến, trước tiên phải kéo dòng liệu THẤP khoảng 18 ms Sau đó, DHT11 kéo dịng THẤP 80us CAO khoảng 80us Khi điều thực hiện, cảm biến khởi tạo bắt đầu truyền Bước 2: Cảm biến phản hồi Hình 2.24: Xung tín hiệu cho phép khởi tạo cảm biến Dữ liệu đọc từ DHT11 Hình 2.25: Dữ liệu từ cảm biến 30 Bây DHT11 gửi 40 bit liệu (5byte) Mỗi lần truyền bit bắt đầu với mức điện áp thấp kéo dài 50us , độ dài tín hiệu cấp điện áp cao sau định xem bit có phải “1” hay “0” hay không Nếu độ dài cấp điện áp cao vào khoảng 26-28 us , bit “0” Và độ dài khoảng 70 us , bit “1” 40 bit gửi DHT11 sau DỮ LIỆU = bit liệu số nguyên RH cao + bit số thập phân RH + bit liệu số nguyên T + bit liệu số thập phân T + bit checksum Nếu Byte Checksum = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) giá trị độ ẩm nhiệt độ xác, sai kết đo khơng có nghĩa Đối với cảm biến DHT11, thời gian quan trọng, dùng timer để tạo đơn vị thời gian trình đọc cảm biến Sai số cảm biến Bảng 2.8: Sai số cảm biến DHT11 Item DHT11 2.4.3 Measurement Range 20-90%RH 0-50 o C Humi Accuracy ±5 % RH Temp Accuracy ±2o C Resolution Package Pin Single Row Giao tiếp với cảm biến BH1750 Nguyên lý hoạt động Cảm biến sử dụng photodiode (PD) phát phổ ánh sáng tương đương với ánh sáng mắt người nhìn thấy Hình 2.26: Cấu tạo BH1750 Photodiode phản ứng với đọ rọi ánh sáng trả giá trị dòng điện tương ứng sau đưa qua AMP (bản chất Integration 31 OPAMP) để chuyển đổi tín hiệu dịng điện thành điện áp đồng thời khuếch đại tín hiệu điện áp lên thành 2,4-3,6 VDC Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số ADC cấp xung clock thạch anh nội OSC có tần số 320kHz Tín hiệu sau khuếch đại đưa qua ADC chuyển thành tín hiệu số với 16 bit liệu Khối Logic +I2C Interface có chức đồng giá trị đo thời gian đo thông qua dao động nội OSC Khối sử dụng hai ghi chính: - Thanh ghi liệu 16 bit chứa giá trị độ rọi ánh sáng sau qua ADC, giá trị khởi tạo ghi là: “0000 0000 0000 0000” - Thanh ghi thời gian bit chứa giá trị thời gian đo, giá trị khởi tạo ghi "0100 0101" Khối nhận vào điện áp DVI (Digital Visual Interface), VDVI = 1.65 đến 3,6VDC Khối chứa địa thiết bị cho chuẩn giao tiếp I2C, địa có gái trị mặc định bit “010 0011” hay 0x23 mã hexa Mô đun cảm biến GY-30 sử dụng chuẩn gaio tiếp I2C có đường xung nhịp SDA (Serial Data) SCL (Serial Clock) Các chế độ hoạt động BH1750 có chế độ đo bao gồm: - Chế độ 1: Continuously H-Resolution Mode (Mã lệnh 0x10) Chế độ có độ phân giải lux thời gian chu kỳ đo 120ms - Chế độ 2: Continuously H-Resolution Mode2 (Mã lệnh 0x11) Chế độ có độ phân giải 0.5 lux thời gian chu kỳ đo 120ms - Chế độ 3: Continuously L-Resolution Mode (Mã lệnh 0x13) Chế độ có độ phân giải lux thời gian chu kỳ đo 16ms - Chế độ 4: One Time H-Resolution Mode (Mã lệnh 0x20) Giống chế độ đo lần sau tự động tắt nguồn Đây chế độ tiết kiệm lượng - Chế độ 5: One Time H-Resolution Mode2 (Mã lệnh 0x21) Giống chế độ đo lần sau tự động tắt nguồn Đây chế độ tiết kiệm lượng - Chế độ 6: One Time L-Resolution Mode (Mã lệnh 0x23) Giống chế độ đo lần sau tự động tắt nguồn Đây chế độ tiết kiệm lượng Nhóm em chọn sử dụng chế độ theo khuyến nghị nhà sản xuất 32 Frame truyền tin Sử dụng chuẩn giao tiếp I2C, STM32F103C8T6 đóng vai trị Master, BH1750 đóng vai trò Slave Chọn chế độ 1, đặt địa mức logic thấp “ADDR =L” Master cài đặt chế độ đọc liệu Slave Hình 2.27: Frame truyền tin Theo nguyên lý hoạt động chuẩn I2C, để bắt đầu, Master tạo START condition (ST) đường SDA, đường truyền rảnh, Master tiếp tục phát địa Slave cần giao tiếp với bit W =0 (ghi) theo định dạng sau: SLA+W (bằng byte) Nếu Slave đáp lại ACK xung giữ nhịp thứ 9, Master tiếp tục gửi byte mã lệnh chế độ SDA Master phát STOP condition (SP), gọi kết thúc Chờ cho bước hoàn tất khoảng 120ms Master đọc liệu ghi liệu Slave Hình 2.28: Đọc liệu ghi liệu - Master đọc liệu ghi liệu Slave Tương tự bước truyền chế độ, Master gửi tín hiệu ST, bit địa kèm bit đọc R=1 Master chờ ACK phản hồi Slave sau tiến hành nhận liệu gồm byte từ slave, byte có số cao truyền trước Sau nhận byte đầu tiên, Master phát tín hiệu Ack để slave tiếp tục gửi liệu Master phát tín hiệu Non-ACK để thơng báo nhận đủ số byte phát SP để kết thúc trình nhận byte liệu Giá trị đo cập nhật vào nhớ đệm Master, q trình cần 120ms để hồn tất 33 Cách tính giá trị liệu Giả sử byte mà Master nhận “10000011 10010000” giá trị độ rọi tính sau: 21 + + + + = 28067 lux BH1750lux = 1.2 2.4.4 Giao tiếp với module ESP8266V1 Sử dụng firmware có sẵn cung cấp Espressif để ESP8266 hoạt động Wifi module độc lập Sau lập trình MCU bên ngồi giao tiếp với ESP8266 để cấu hình cho kết nối Wifi truyền/nhận liệu từ mạng Wifi Sử dụng ESP8266 ngoại vi MCU Đây mô hình lập trình đơn giản nhanh Chúng ta sử dụng ESP8266 wifi module việc cấu hình mạng Wifi, password, lệnh kết nối truyền nhận liệu giao tiếp UART Để giao tiếp, truyền lệnh theo định dạng định nghĩa Espressif gọi lệnh AT command Hiện lệnh AT command chia thành nhóm: • Các lệnh cấu hình hoạt động chip: Cho phép bạn kiểm tra trạng thái hoạt động, thực reset chip, đọc thông tin firmware version, cấu hình thơng số UART, Sleep mode v.v • Các lệnh xác lập thơng tin mạng Wifi: Hỗ trợ lệnh chế độ hoạt động (Station, AP, AP+ station), đọc danh sách mạng Wifi xung quanh, cấu hình thơng tin mạng Wifi kết nối, cấu hình DHCP, WPS, MDNS, smart config, Đa phần cấu hình liên quan đến Wifi hỗ trợ đầy đủ cho nhu cầu sử dụng thơng thường nâng cao • Các tập lệnh cấu hình TCP/IP: cho phép cấu hình TCP, UDP, SSL, lệnh Ping, cấu hình timeout cho truyền liệu, DNS, Bảng 2.9: Các tập lệnh AT sử dụng Cấu hình Module Wifi AT Kiểm tra ESP hoạt động chưa AT+RST Reset ESP AT+CWMODE = Cài đặt chế độ Các lệnh AT Module Wifi cầu hình Station / client AT+CWJAP=, Kết nối với mạng wifi AT+CIPMUX = Cài đặt số lương kênh kết nối AT+CIPSTART Yêu cầu ESP8266 kết nối vào TCP/UDP/SSL AT+CIPSEND Dùng để gửi liệu cần send xuống ESP8266 34 Hình 2.29: Một số tập lệnh AT 35 Chương Giám sát thông số qua Thingspeak 3.1 Giới thiệu Thingspeak ThingSpeak ứng dụng API Internet of Things (IoT) nguồn mở để lưu trữ truy xuất liệu sử dụng giao thức HTTP MQTT qua Internet qua Mạng cục ThingSpeak cho phép tạo ứng dụng giúp ghi lại giá trị gửi lên server trung gian, cho phép cập nhật liên tục giá trị ThingSpeak tích hợp hỗ trợ từ phần mềm điện toán số MATLAB từ MathWorks, cho phép người dùng ThingSpeak phân tích trực quan hóa liệu tải lên Matlab mà không cần phải mua giấy phép Matlab từ Mathworks 3.2 Tạo kênh giám sát qua Thingspeak Bước 1: Tạo tài khoản/ Đăng nhập ThingSpeak Đầu tiên, truy cập Website: www.thingspeak.com, sau chọn Sign Up để tạo tài khoản ThingSpeak miễn phí Hình 3.1: Tạo tài khoản Thingspeak 36 Bước 2: Tạo Channels ThingSpeak Bạn vào thẻ Channels, chọn New Channel để tạo kênh Hình 3.2: Tạo chanels Thingspeak Kết quả: Hình 3.3: Giao diện Thingspeak Bước 3: Lấy Channel ID, Write API Key Read API keys Thẻ API Keys, thấy thông tin Channel ID, Write API Key, Read API Keys, thơng tin quan trọng cho Data ID Keys giúp ThingSpeak cho phép thiết bị gửi liệu lên 3.3 Tạo kênh lấy liệu từ Web weather.com: Weather.com trang web hàng đầu giới thời tiết Trang web hiển thị dự báo tình hình thời tiết ngày, bao 37 Hình 3.4: Giao diện Thingspeak gồm nhiệt độ cao thấp, mưa, gió, độ ẩm, điểm sương, áp suất, tầm nhìn, thông tin mặt trời mặt trăng Không vậy, trang web cung cấp dự báo chi tiết gồm dự báo giờ, dự báo thời tiết ngày hôm sau, cuối tuần, ngày, 10 ngày đến tháng, dự báo đặc biệt cho hoạt động trượt tuyết, câu cá, hay cho sức khỏe bệnh dị ứng phấn hoa, cảm cúm, với các cảnh báo thời tiết khắc nghiệt Các tin tức thời tiết nhất, thường kiện thời tiết lớn nước với chủ đề du lịch sức khỏe có liên quan đến thời tiết ln cập nhật nhanh chóng Trang web có giao diện đẹp mắt hỗ trợ ngôn ngữ tiếng Việt nên dễ sử dụng Ở đây, điều kiện có hạn nên nhóm chúng em lấy liệu nhiệt độ theo khu vực Thành Phố Hà Nội Thingspeak hỗ trợ người dùng trích xuất liệu từ trang web khác 38 Hình 3.5: Giao diện trang Web lấy thơng số nhiệt độ Hình 3.6: Trích xuất liệu từ trang web khác 39 Chương Kết đánh giá Về chức năng, thiết bị nghiên cứu đạt yêu cầu bản: • Đọc nhiệt độ độ ẩm đất, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng, hiển thị truyền thơng • Lấy liệu thời tiết • Giám sát thơng số • Điều khiển thiết bị trường Tuy hồn thành nhóm thấy cịn nhiều thiếu sót, cần chỉnh sửa cải thiện thêm: • Hiệu chỉnh kết đo từ cảm biến • Truy cập nhiều trường liệu • Tính tốn để hệ thống chạy tiết kiệm lượng 40 Hình 4.1: Sản phẩm mạch thật 41 Kết luận hướng phát triển Sau thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài nhóm em thấy mơ hình hiệu 70-80%, thời gian nghiên cứu thực đề tài, nhóm học hỏi tìm hiểu thêm nhiều kiến thức củng cố lại kiến thức học giúp hồn thành đề tài Vì đề tài hướng đến việc giúp cho người nông dân giảm bớt thời gian sức lao động, q trình canh tác nơng nghiệp nên phải trọng độ ổn định xác dẫn đến nhiều khó khăn q trình lập trình Nhưng nhờ hướng dẫn thầy anh chị nhóm nghiên cứu nhóm hồn thiện tương đối đề tài Hướng phát triển đề tài đáp ứng yêu cầu đặt nhiên để sản phẩm hồn thiện địi hỏi cần cải tiến nghiên cứu thêm Sau thiết kế xây dựng hoàn thiện Xây dựng hoàn thành mơ hình Hệ thống giám sát nơng nghiệp Ngoải ra, nghiên cứu áp dụng trí tuệ nhân tạo (AI) cho hệ thống, giúp hệ thống học hỏi thay đổi chế độ tưới phù hợp với loại trồng mà không cần can thiệp người Trong đề tài tới, chúng em hướng tới việc xây dựng Web Server để lưu trữ liệu phục vụ cho mục đích khác Sau thời gian nỗ lực không ngừng học tập nhiệt tình bảo thầy Bùi Đăng Thảnh bạn, nhóm em hoàn thành đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát nông nghiệp Trong trình thực đề tài em đúc kết nhiều kinh nghiệm quý báu cho thân để phục vụ cho em trình học tập sau 42 Tài liệu tham khảo [1] STMicroelectronic, Reference Manual of STM32F103xx [2] espressif ESP8266EXDatasheet [3] rohm Ambient Light Sensor IC BH1750 [4] espressif ESP8266 AT Instruction Set 43 ... :Giới thiệu chung Chương : Giám sát hệ đo điều khiển hệ tưới Chương :Thiết kế thiết bị đo giám sát Chương :Giao diện giám sát với Thingspeak Kết luận hướng phát triển Trong trình thực hiên đồ án... thông giá rẻ đời, hướng đến việc ứng dụng vào môi trường nơng nghiệp Với định hướng đó, chúng em thực đề tài Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển nông nghiệp Mục đích đề tài tạo sản phẩm chất...2.3.1 Thiết kế khối nguồn 24 2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển Relay 25 2.3.3 Thiết kế mạch PCB 27 2.4 Thiết kế phần mềm 28 2.4.1 Lưu đồ thuật toán cho hệ