f. Lưu đồ App Blynk
4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC
4.5.1 Hướng dẫn thiết lập và sử dụng mô hình.
Sau khi cấp nguồn toàn bộ hệ thống, bắt đầu thiết lập hệ thống với các bước sau:
Bước 1: Thiết lập lựa chọn và kết nối Wi-Fi để sử dụng
- Khi hệ thống được cấp điện thì WEMOS D1 sẽ bắt đầu kết nối Wi-Fi thông qua dữ liệu được lưu trữ sẵn ở EEPROM bao gồm tên Wi-Fi, mật khẩu Wi-Fi, và mã token của Blynk.
- Nếu chưa có dữ liệu hoặc Wi-Fi đang kết nối gặp vấn đề, thì WEMOS D1 sẽ phát ra Wi-Fi riêng với tên và mật khẩu được thiết lập ở đầu chương trình code. Ở đây tên Wi-Fi là XSwitch với pass là “000000000”.
62
Hình 4.23: Kết nối Wi-Fi do Wemos D1 phát
-Sau khi kết nối với Wi-Fi này, truy cập vào địa chỉ http://192.168.4.1 để sử dụng giao diện lựa chọn Wi-Fi cần dùng. Tại đây sẽ có tên các Wi-Fi có thể sử dụng được ở xung quanh để có thể lựa chọn, sau khi lựa chon xong và nhập vào ô gồm tên Wi-Fi, mật khẩu, mã token Blynk và nhấn nút “Gửi” thì các dữ liệu được nhập trên sẽ được lưu vào EEPROM của vi điều khiển
63
Hình 4.24: Giao diện khi vào webserver Hình 4.25: Sau khi nhấn nút gửi
-Sau khi hoàn thành các bước trên thì nhấn vào nút reset trên board để khởi động lại hệ thống với dữ liệu đã được nhập vào EEPROM.
Bước 2: Sau khi kết nối xong Wi-Fi, kiểm tra các khối xử lý xem đã hoạt động chưa bằng cách xem màn hình LCD ở các trạm đã hiển thị đầy đủ các thông số. Nếu màn hình hiển thị đủ thì hệ thống đã hoạt động.
Bước 3: Sau khi hệ thống hoạt động, có thể dùng máy tính hay điện thoại có kết nối với internet, và dùng trình duyệt web để vào Web Server để giảm sát và điều khiển hệ thống tưới nước của các trạm. Vào Web Server bằng cách vào đường link sau: http://app.blynk.vn/#/connection. Sau khi vào địa chỉ này thì chỉ cần nhập mã token của Blynk là vào được giao diện qua web của Blynk.
Bước 4: Sau khi vào được Web Server, có thể giảm sát hoặc điều khiển hệ thống các vườn rau bằng cách sử dụng các nút nhấn bật/tắt bơm và đèn trên giao diện Web hoặc sử dụng app Blynk trên điện thoại với các chức năng tương tự.
64
Hình 4.26: Giao diện trên điện thoại của app Blynk
65
4.5.2 Hướng dẫn thêm vườn vào hệ thống
Để thêm vườn vào hệ thống làm theo các bước sau:
-Bước 1: Trong project vườn rau đã được tạo sẵn, kéo thả các Widget của Blynk để tạo một giao diện vườn rau giống như các vườn rau trước, sử dụng chung một project là để dùng chung một nguồn CSDL từ đó có thể điều khiển và giám sát nhiều vườn một lúc.
Hình 4.27: Lựa chọn Widget Hình 4.28: Giao diện vườn
-Bước 2: Lựa chọn các chân ảo của các Widget mới sao cho không trùng với các Widget đã sử dụng ở các vườn trước:
66
Hình 4.29: Lựa chọn các chân ảo cho Widget
-Bước 3: Sau khi tạo xong giao diện và lựa chọn các chân ảo xong, chỉnh sửa trong code nạp theo các chân ảo đã sử dụng và nạp vào board Wemos D1 mới, lúc này đã thêm một vườn rau mới vào hệ thống.
67
Hình 4.30: Code nút nhấn trên app Blynk sử dụng các chân ảo 3 và 4
68
Chương 5. KẾT QUẢ SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN
TÍCH, TỔNG HỢP
5.1 GIỚI THIỆU
Trong chương này, nhóm sẽ trình bày kết quả đã thực hiện được trong thời gian qua, đồng thời đưa ra nhận xét và đánh giá mô hình.
5.2 KẾT QUẢ
5.1.1 Kết quả đạt được
Xuyên suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện, nhóm thực hiện đề tài đã đạt được một số mục tiêu sau:
Đã hiểu và ứng dụng được các loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
Kết nối được Internet bằng board Arduino Wemos D1.
Truyền/nhận dữ liệu từ 2 hệ thống khác nhau thông qua cùng một CSDL.
Làm được giao diện Website/App giám sát trên điện thoại di động, máy tính.
Thiết kế mạch in để kết nối tất cả linh kiện với nhau, hoạt động ổn định.
Nút nhấn mềm và vật lý được đồng bộ với nhau.
Nhiệt độ đo được trong khoảng từ 10°C đến 50°C, độ ẩm đo được trong khoảng từ 20% đến 100%, động cơ bơm hoạt động khi độ ẩm dưới 50%, đèn hoạt động khi nhiệt độ dưới 20. Các dữ liệu cảm biến thu được liên lục gửi dữ liệu lên CSDL sau mỗi 20 giây. Do không có thiết bị đo lường cụ thể để kiểm tra độ chính xác nên các thông số phạm vi đo được đều trong quá trình chạy thử sản phẩm.
5.1.2 Kết quả phần cứng
Qua quá trình nghiên cứu và lựa chọn linh kiện, thiết kế nhóm đã tiến hành kiểm tra, tính toán, đo lường, kết nối các linh kiện, module với nhau và cho ra được sản phẩm mạch in như hình bên dưới.
69
Hình 5.1: Mạch điều khiển
Dựa vào thông tin và hình ảnh đã cung cấp ở Chương 2: Cơ sở lý thuyết, có thể thấy được các linh kiện và module trên mạch in bao gồm:
Board mạch Arduino Wemos R1
LCD 16x2 hiển thị.
Relay 12V.
Cảm biến DHT11.
Cảm biến độ ẩm đất.
Nút nhấn vật lý.
Hệ thống đèn Led để báo nguồn, trạng thái nút nhất, Relay.
70 Như mô tả hình 5.1 và 5.2, các giá trị của cảm biến được thể hiện qua màn hình LCD và trạng thái của hệ thống khối công suất, khối nút nhấn, khối nguồn được thể hiện qua các đèn Led.
LCD hàng 1: “Nhiet do:“ và giá trị nhiệt độ thu được từ cảm biến DHT11.
LCD hàng 2: “Do am:” và giá trị độ ẩm đất thu được từ cảm biến độ ẩm đất.
Led màu đỏ: thông báo khi có nguồn vào.
Led màu xanh dương: thể hiện trạng thái của khối công suất.
Led màu xanh lá cây: thể hiện trạng thái của nút nhấn.
Ngoài ra còn một số giá trị khác như độ ẩm không khí, biểu đồ, ngày tháng năm có thể xem trên Website/App.
Hình 5.2: Dữ liệu hiển thị trên LCD
Mạch điều khiển này sẽ được gắn lên mô hình của vườn rau dùng để điều khiển bơm và đèn cùng với theo dõi tình trạng vườn rau và thông báo lên LCD, đồng thời gửi dữ liệu lên CSDL để hiển thị và điều khiển được trên app Blynk. Bên mặt khác của mô hình, sẽ được gắn 2 máy bơm với nhiệm vụ bơm nước tưới cùng với 1 nguồn xung để chuyển điện áp từ nguồn 220V xuống 12V và cấp nguồn cho máy bơm và bóng đèn.
Như mô tả hình 5.3, 2 mạch được treo trên khung sắt đóng vai trò làm giao diện điều khiển cũng như giám sát vật lý cho người dùng, mỗi mạch ứng với mỗi vườn khác nhau.
71
Hình 5.3: 2 mạch điều khiển được gắn lên mô hình
Như mô tả hình 5.4, thấy được nguồn xung cấp cho toàn bộ khối công suất và 2 động cơ bơm cho 2 vườn được treo trên mô hình. Việc để ở cao như vậy và có tấm mica chắn để tránh trường hợp khi bơm nước bị văng lên nguồn hoặc các khối khác, gây ảnh hưởng đến hệ thống.
72
Hình 5.4: Nguồn tổ ong và máy bơm được gắn lên mô hình
Như mô tả hình 5.5, như miêu tả đây chính là tầm nhìn của mô hình khi nhìn từ phía trên xuống, có thể thấy được 2 vườn của 2 hệ thống khác nhau, đều dùng chung cùng 1 CSDL. Sau khi gieo hạt và chạy tự động, sau nhiều ngày thì rau nảy mầm và lớn lên thành công.
Hình 5.5: Mô hình đồ án nhìn từ trên xuống
5.1.3 Kết quả phần mềm
Như đã trình bày, hệ thống App/Website đều thực hiện được các yêu cầu từ người dùng.
73
a. Giao diện App Blynk
Sau khi hoàn thành, giao diện của App trên điện thoại di động như sau:
74 Các thông số về nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất được thể hiện dưới 2 dạng là biểu đồ hình vòng cung và biểu đồ trục.
Biểu đồ vòng cung: Giúp người sử dụng dễ dàng đọc dữ liệu từ cảm biến, mang lại cảm giác dễ nhìn và thoải mái.
Hình 5.7: Biểu đồ vòng cung
Biểu đồ đường: Ngoài sử dụng để đọc dữ liệu từ cảm biến, mục đích chính là
dùng để so sánh với các cảm biến khác dễ hơn. Có thêm tính năng theo dõi lịch sử thay đổi của các cảm biến theo từng khoảng thời gian gần nhất.
75 Tiếp theo là giao diện nút nhấn:
Hình 5.9: Giao diện nút nhấn
Thay vì có 3 nút nhấn như mạch in, chỉ cần sử dụng 2 nút để điều khiển khối công suất vì trên App, giá trị thu được từ cảm biến luôn tự động thay đổi nên không cần sử dụng nút cập nhật.
Khi ở chế độ tự động, nếu một trong 2 là động cơ bơm và đèn được bật thì sẽ có một thông báo hiện lên trên giao diện nhằm cảnh báo người dùng.
76
Hình 5.10: Thông báo từ Blynk
b. Giao diện Website
Vì giao diện Website này đều dùng chung một CSDL với App trên điện thoại di động nên chúng có cùng giao diện với nhau. Khi trường hợp không sử dụng được điện thoại thì có thể dùng máy tính để truy cập vào địa chỉ:
http://app.blynk.vn/#/connection
Trên giao diện đăng nhập, điền mã xác nhận mà ứng dụng Blynk cung cấp gọi là mã Token. Sau đó bấm đăng nhập thì sẽ có giao diện như sau:
77
Hình 5.11: Giao diện Web
Như hình, giao diện website trên máy tính và App trên điện thoại đều giống, chúng được đồng bộ với nhau, kể cả trạng thái nút nhấn.
c. Webserver được tạo để lựa chọn Wi-Fi
Khi khởi động thì Wemos D1 sẽ kết nối với Wi-Fi thông qua tên và mật khẩu của Wi-Fi được lưu trong EEPROM của vi điều khiển, nếu như không kết nối được thì Wemos D1 sẽ phát Wi-Fi riêng với tên và mật khẩu được khai báo ở đầu chương trình. Khi vào thành công thì truy cập địa chỉ http://192.168.4.1 , sau đó điền thông tin mạng Wi-Fi mà cần để kết nối với Blynk. Bao gồm:
Wi-Fi: nhập tên truy cập của Wi-Fi cần sử dụng.
Password: nhập mật khẩu của Wi-Fi.
Blynk: mã xác thực của Blynk
Sau khi nhập xong thì các giá trị này sẽ được lưu lại tại EEPROM, các lần sau kết nối sẽ không cần phải thiết lập lại nữa.
Trường hợp này áp dụng khi Wi-Fi mà hệ thống đang sử dụng bị thay đổi mật khẩu, bị lỗi hay không kết nối được. Giúp tiết kiệm được nhiều thời gian hơn, không phải mở code lên để nhập lại tên và mật khẩu của Wi-Fi mới, rồi build và nạp lại chương trình.
78
Hình 5.12: Giao diện lựa chọn Wi-Fi trên Webserver
79
5.3. NHẬN XÉT 5.3.1. Ưu điểm 5.3.1. Ưu điểm
- Mạch điều khiển sử dụng dễ dàng với 2 chế độ là chế độ điều khiển bằng tay cùng với 3 nút nhấn để sử dụng và chế độ điều khiển tự động, đồng thời còn có điều khiển qua app Blynk trên điện thoại để theo dõi và chăm sóc vườn từ xa dễ dàng thông qua Wi-Fi
- Có tính năng lựa chọn Wi-Fi cho vườn khi không kết nối được Wi-Fi thường dùng và cần sử dụng Wi-Fi khác, hỗ trợ để sử dụng Wi-Fi mà không cần nạp lại code.
5.3.2. Khuyết điểm
- Mạch điều khiển còn đơn giản
- Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT11 và cảm biến độ ẩm đất đôi khi không chính xác do giới hạn của thiết bị.
- Mô hình còn cồng kềnh và khó di chuyển đi xa
- Sử dụng Wi-Fi để truyền dữ liệu nên sẽ không hoạt động được trên app nếu không có Wi-Fi.
5.4 ĐÁNH GIÁ
Chạy ổn định ở điều kiện nhiệt độ trung bình (không quá nóng hoặc quá lạnh). Mô hình phải được đặt ở nơi khô ráo, tránh bị ướt gây cháy nổ. Phải cấp nguồn hoạt động liên tục, để giám sát phải kết nối với Internet chứ không giám sát Offline được.
80
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. KẾT LUẬN
Dựa vào mục tiêu mà nhóm thực hiện đã đề ra ban đầu là thiết kế và thi công được mô hình hệ thống giám sát cho nhiều vườn khác nhau. Người sử dụng có thể giám sát được các giá trị nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, trạng thái của động cơ bơm và đèn thông qua giao diện trên điện thoại di động hoặc website trên máy tính bất cứ khi nào người dùng có Internet. Mục đích giúp cho người dùng có thể thống kê và kiểm soát được các số liệu được như mong muốn mà không cần phải tốn công sức đến trực tiếp tại khu vườn. Nhờ vào các mục tiêu đã được đặt ra trước đó, nhóm có thể tiến hành nghiên cứu và thực hiện một cách có trình tự hơn. Cuối cùng, đã hoàn thành được đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát nhiều vườn”.
Xây dựng được một hệ thống như vậy thì nhóm thực hiện đã sử dụng những linh kiện lần lượt là Arduino Wemos D1, tích hợp vi điều khiển ESP8266 giúp kết nối Internet, cám biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11), cảm biến độ ẩm đất, màn hình LCD 16x2, động cơ bơm và đèn sưởi. Để có thể làm cho các linh kiện có thể kết nối chung với nhau, nhóm tiến hành thực hiện các bước bao gồm: Trước tiên, sẽ cho vi điều khiển nhận giá trị từ các cảm biến và sau đó hiển thị ra màn hình LCD. Sau khi thành công, tiếp tục kết nối Relay và các nút nhấn vật lý với vi điều khiển, tính toàn và chọn nguồn phù hợp cho khối công suất. Khi hệ thống đã hoạt động ổn định điều khiển bằng tay, nhóm tiếp tục phát triển thêm điều khiển tự động bằng các giải thuật hợp lý. Để tăng được tính tiện lợi, nhóm nghiên cứu và xây dựng giao diện phần mềm gồm ứng dụng và website cho người sử dụng trên điện thoại di động, máy tính dựa trên nền tảng Blynk.
Hệ thống đi vào hoạt động thực tế đã có thể thu thập được giá trị nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường nhờ vào các cảm biến, sau đó hiển thị chúng lên màn hình LCD và giao diện ứng dụng. Giải thuật tự động so sánh các giá trị này sau đó đưa ra mệnh lệnh thích hợp cho động cơ bơm và đèn sưởi, đồng thời cũng cảnh báo khi được bật tự động. Người sử dụng có thể thống kê các giá trị, các mốc thời gian dựa vào biểu đồ trên giao diện ứng dụng để có thể lên kế hoạch phù hợp cho khu vườn. Tuy nhiên sự chênh lệch giá trị của cảm biến thu được so với thực tế vẫn còn, các lệnh thực thi xảy ra những mốc thời gian trễ, đôi khi không nhận được dữ liệu thu được nhưng nhìn chung đây chỉ là mô hình của hệ thống nên có thể nói hoạt động tương đối ổn định.
81
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Hệ thống giám sát nhiều vườn có thể phát triển cách thêm vườn bằng cách thiết kế thêm tính năng xuất được chương trình gốc sau khi điều chỉnh lại các giá trị mong muốn trên giao diện ứng dụng như cần 2 động cơ bơm và 2 đèn thay vì 1, 4 cảm biến thay vì 2. Ngoài ra chương trình sau khi xuất ra từ ứng dụng, người dùng có thể nạp chương trình mà không cần dây để kết nối đến phần cứng, nạp ở bất cứ đâu khi được kết nối Internet để tăng tính tiện lợi của hệ thống. Nhưng để phát triển được như vậy, phải thiết kế và xây dựng hệ thống trên một nền tảng