Ứng dụng công nghệ IoT trong hệ thống nhà trồng nấm tự động

MỤC LỤC

TểM TẮT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

SƠ LƯỢC VỀ INTERNET OF THINGS .1 Giới thiệu IoT
SƠ LƯỢC VỀ NẤM ĐÙI GÀ .1 Giới thiệu nấm đùi gà
PHẦN CỨNG .1 Vi điều khiển

 Mô hình nhà trồng nấm tự động ứng dụng IoT cung cấp giải pháp giám sát môi trường và điều khiển tự động các thiết bị nhằm đảm bảo môi trường tối ưu cho từng giai đoạn sinh trưởng của nấm. Kết nối wifi dựa trên các loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách gần 31 mét. Sóng wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn chính nhỏ hơn là a, b, g và n.

 Nhược điểm của chuẩn này là sóng tín hiệu khó có thể xuyên qua các bức tường, đồng nghĩa với việc chỉ cần Router khuất khỏi tầm mắt, thiết bị sẽ không còn kết nối tới Wifi được nữa. Wi-Fi 6 dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11ax, với tốc độ nhanh hơn, dung lượng lớn hơn và hiệu suất năng lượng được cải thiện tốt hơn so với các kết nối không dây trước đây. Với những thành phần dưỡng chất của mình, loại nấm này giúp đường ruột, dạ dày hoạt động tốt hơn, ngăn ngừa táo bón,… Sử dụng nấm hợp lý giúp điều trị một số căn bệnh như ruột non, trĩ,….

Sau khi sợi nấm mọc kín túi nguyên liệu, tháo bỏ cổ nút và nút bông, dùng thìa nhỏ hoặc tay cào đi lớp giống mỏng ở trên bề mặt túi nấm để kích thích sự hình thành quả thể nấm đồng đều và hạn chế hạt thóc giống gây nhiễm bề mặt túi (Chú ý:. Khi cào bỏ phải gom gọn vào chậu hoặc túi nilon, tránh hiện tượng chúng văng vãi làm nhiễm môi trường xung quanh). Sau một vài ngày những quả thể nhỏ hình thành trong miệng túi nilon, ngay dưới miệng nút bông cần tưới phun sương trực tiếp vào nút bông, 8 -10 ngày sau quả thể nấm chui ra khỏi miệng túi, nếu thấy nấm mọc thành chùm thì cần cắt tỉa. Sau khi thu hái xong mỗi đợt, cần loại bỏ tàn dư trên bề bịch nấm, loại bỏ những bịch hỏng, 3 - 4 ngày đầu sau khi hái nấm ngừng tưới cho đến khi thấy xuất hiện mầm quả thể, nhưng vẫn phải giữ độ ẩm không khí trong phòng từ 85 - 90%.

Cảm biến UART PZEM-004T được sử dụng để đo và theo dừi gần như hoàn toàn các thông số về điện năng AC của mạch điện như điện áp hoạt động, dòng tiêu thụ, công suất và năng lượng tiêu thụ, mạch sử dụng giao tiếp UART dễ dàng kết nối truyền dữ liệu tới Vi điều khiển hoặc máy tính, thích hợp cho các ứng dụng theo dừi năng lượng, IoT,. Màn hình HMI UART cảm ứng điện trở được phát triển với mục đích giúp người sử dụng có thể thiết kế các giao diện điều khiển và hiển thị (GUI) trên màn cảm ứng 1 cách dễ dàng và trực quan nhất.  Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh, tích hợp khe thẻ nhớ, nên giảm thiểu được hầu hết các tác vụ về xử lý hình cho mạch điều khiển trung tâm, chỉ truyên vê trung tâm các dữ liệu thao tác cảm ứng.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

 Smartphone: Gửi dữ liệu on/off đến board điều khiển hoặc nhận dữ liệu từ board điều khiển gửi đến để hiển thị trạng thái on/off của thiết bị.  Khối ngừ ra cụng suất: Nhận cỏc tớn hiệu điều khiển từ khối điều khiển trung tâm, hoặc app điều khiển, hoặc từ web để bật – tắt các relay tương ứng với các thiết bị.  Khối cảm biến: Khối này có nhiệm vụ đo các thông số bên ngoài môi trường như: Nhiệt độ, độ ẩm không khí, ánh sáng và điện năng tiêu thụ gửi đến khối xử lý trung tâm.

Cảm biến ánh sáng: Ở đề tài này nhóm thực hiện sử dụng loại cảm biến ánh sáng quang trở CDS – NVZ1 có tích hợp sẵn opamp và biến trở so sánh mức điện áp tín hiệu giúp việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng. Cảm biến điện năng: Chọn module PZEM – 004T để đo và giám sát điện năng vì module nhỏ gọn, dễ lắp đặt, sử dụng cách đo dòng cách ly an toàn và khả năng đo dòng lên đến 100A, mạch có chất lượng gia công và linh kiện tốt, độ bền cao. Nhóm chọn dùng 2 relay 1 kênh 12VDC mức cao, khi chân của ESP tương ứng với các relay xuất mức 12V thì kích hoạt relay đóng, xuất mức 0V thì relay mở.

Đề tài có hiện hiển thị thông tin nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng, có thể điều khiển cài đặt ngưỡng nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ngay trên màn hình hiển thị nên nhóm tiến hành chọn màn hình hiển thị có cảm ứng và có thể là màn hình cảm ứng HMI UART 3.5 inch. Giao tiếp UART với chỉ hai dây tín hiệu (TX, RX) rất dễ dàng giao tiếp và điều khiển. Có phần mềm thiết kế giao diện đi kèm, có bộ lưu trữ và xử lý hình ảnh. Mạch có chất lượng gia công tốt và độ bền cao. ● Sơ đồ kết nối giữa ESP32 với khối hiển thị. Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. b) Giải thích sơ đồ nguyên lý toàn mạch. Khối xử lý trung tâm thu thập dữ liệu từ khối cảm biến gửi lên server của App trên smartphone giúp người dùng có thể giám sát, điều khiển thiết bị qua App trên smartphone.

Đồng thời cũng nhận dữ liệu từ khối cảm biến gửi lên khối hiển thị và điều khiển để người dùng giám sát và điều khiển thiết bị qua màn hình hiển thị HMI.

THI CÔNG HỆ THỐNG

THI CÔNG HỆ THỐNG .1 Thi công bo mạch
LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .1 Lưu đồ giải thuật

Kiểm tra bằng mắt thường và kết hợp sử dụng đồng hồ VOM kiểm tra thông mạch, ngắn mạch…Các trường hợp bong tróc, đứt gãy thì có thể dùng các biện pháp thủ công gia công hàn gắn lại cho đạt yêu cầu, đảm bảo đường mạch. Bắt đầu chương trình là cấu hình khởi tạo port, biến khai báo thư viện, khởi tạo UART, khởi tạo các chân I/O. Sau đó đọc giá trị từ các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, điện năng và hiển thị trên màn hình điện thoại và HMI.

Sau đó cập nhật dữ liệu hiển thị lên màn hình cảm ứng và điều khiển tải theo dữ liệu thu thập. Có nhiều cách để lập trình cho module ESP32 DEVKIT V1 nhưng trong đề tài này thì mình sử dụng phần mềm Arduino IDE. IDE viết tắt của cụm từ Integrated Development Environment là phần mềm cung cấp cho các lập trình viên một môi trường tích hợp bao gồm nhiều công cụ khác nhau như chương trình viết mã lệnh hay code editor, chương trình sửa lỗi hay debugger, chương trình mô phỏng ứng dụng khi chạy thực tế hay simulator.

Nói cách khác thì IDE là một phần mềm bao gồm những gói phần mềm khác giúp phát triển ứng dụng phần mềm. Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring", từ project Wiring gốc, có thể giúp các thao tác input/output được dễ dàng hơn. Sau đó dùng phần cứng là NodeMCU tên project là điều khiển thiết bị, thành phần kết nối là wifi lựa chọn thành thần kết nối, thành phần phần cứng và đặt tên cho project.

Hoàn thành tạo mới project ứng dụng sẽ gửi mã Auth Token vào gmail và dùng mã này để làm việc với project vừa khởi tạo.

Hình 4.2 Sơ đồ 3D bố trí linh kiện của mạch

KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Nh n xétận xét

Để thuận tiện cho việc quan sát hoạt động của mô hình, chúng tôi đã tiến hành lắp đặt bên ngoài tủ điện là màn hình HMI có thể điều khiển và giám sát. Màn hình cảm ứng HMI sẽ có chức năng hiển thị thông tin và điều khiển các thiết bị trực tiếp trên màn hình. Giao diện “TRANG CHỦ” ở màn hình HMI sẽ hiển thị các thông tin như: Đồ án tốt nghiệp, tên đề tài, họ và tên giảng viên hướng dẫn và sinh viên thực hiện.

Tại giao diện này sẽ có nhiet do1 tương ứng với nhiệt độ ngưỡng trên, nhiet do2 tương ứng với nhiệt độ ngưỡng dưới, do am1 và do am2 lần lượt tương ứng với độ ẩm ngưỡng trên và ngưỡng dưới, anh sang1 và anh sang2 cũng tương ứng với các giá trị ánh sáng ngưỡng trên và ngưỡng dưới. Giao diện giỏm sỏt điện năng giỳp người dựng dễ dàng theo dừi cỏc thụng số điện đang hoạt động trong mụ hỡnh. Ngoài ra, giao diện cũn theo dừi điện năng tiờu thụ qua cỏc ngày hụm qua, hụm nay, thỏng trước,.

Tưng tự màn hình HMI có thể thay đổi giá trị ngưỡng bằng cách bấm vào các dấu “+” hoặc “-”.  Hệ thống điều khiển thông qua smartphone và màn hình cảm ứng HMI, dễ dàng thao tác và điều khiển được bất kỳ nơi nào có sóng Wifi hoặc 3G. Sau quá trình vận hành hệ thống, nhóm có những đánh giá sau đây: Hệ thống hoạt động theo đúng mục tiêu ban đầu đề ra và khá ổn định.

Tuy nhiên thời gian đáp ứng của hệ thống vẫn chưa được nhanh, vì phụ thuộc nhiều vào tốc độ internet cũng như giải thuật chương trình chưa tối ưu.