IOT CHIẾU SÁNG
4.1 Lập trình
4.1.1 Phần mềm lập trình.
Chương trình được lập trình trên phần mềm − Cài đặt blynk
Blynk là một phần mềm mã nguồn mở được thiết kế cho các ứng dụng IoT(Internet of Things). Ứng dụng giúp người dùng điều khiển phần cứng từ xa , có thể hiển thị dữ liệu cảm biến , lưu trữ dữ liệu , biến đổi dữ liệu hoặc làm nhiều việc khác
Bạn hãy thử tưởng tượng khi bạn ấn vào một nút nhấn trên phần mềm lập tức bóng đèn sáng lên và ngược lại !
Nền tảng Blynk có ba phần chính
Blynk App – Ứng dụng Blynk cho phép khởi tạo giao diện cho các dự án của mình
Blynk Server – Chịu trách nhiệm giao tiếp qua lại hai chiều giữa điện thoại và phần cứng. Bạn có thể sử dụng server của Blynk nhưng sẽ bị giới hạn điểm Enegry. Trong các hướng dẫn sau này mình sẽ sử dụng Server riêng của mình! Và bạn cũng có thể sử dụng nó
Blynk Library – Thư viện chứa các nền tảng phổ biến , giúp việc giao tiếp phần cứng với Server dễ dàng hơn (Anh, 2018)[9]
Bước 1: Tải và cài đặt ứng dụng Blynk từ Google Play Store hoặc Apple App Store
42
Bước 2: Bạn tạo một tài khoản trên Blynk App cho riêng bạn sử dụng email cá nhân
của bạn.
Ở bước này, bạn sẽ có 2 sự lựa chọn là sử dụng server mặc định của Blynk hoặc sử dụng server của Blocky. Với server mặc định thì bạn sẽ bị hạn chế số lượng các control (widget) trong khi thiết kế giao diện và bỏ tiền ra mua Energy để tăng số lượng control lên. Tuy nhiên với server của Blocky thì bạn được cấp một giới hạn rất lớn nền gần như bạn không cần phải mua thêm để đáp ứng nhu cầu của bạn.
Trong các bài hướng dẫn này chúng ta sẽ ưu tiên sử dụng server của Blocky để thoải mái xây dựng ứng dụng theo ý mình. Để Blynk app sử dụng server của Blocky thì khi tạo account mới hoặc Login, bạn cần thay đổi sang địa chỉ server riêng của Blocky thay vì sử dụng server mặc định. Bạn nhập vào blynk.getblocky.com, port là 9443.
43
Hình 4.3: Giao diện Sever Settings
Bạn cũng có thể login bằng tài khoản facebook nếu có mà khơng cần đăng ký tài khoản Blynk App mới bằng cách nhấn vào lựa chọn Log In with Facebook.
Bước 3: Tạo một project và device dùng cho các bài sau này
Bạn chọn loại device là ESP8266, Connection Type là WI-FI và nhấn nút Create. Một mã số bao gồm 32 kí tự và là duy nhất cho mỗi thiết bị gọi là Device auth token sẽ được gửi đến email của bạn.
Chú ý!!! Bạn sẽ cần sử dụng auth token này để lập trình trong Arduino để cho Blocky Node Wifi có thể kết nối đến server.
Bạn sẽ có một project với canvas trống để có thể thêm các widget để thể hiện thông tin gửi về từ Blocky Dot hoặc để điều khiển. Có rất nhiều loại widget phục vụ nhiều mục đích khác nhau.
44
Hình 4.4: Tạo Project
Bước 4: Thêm widget vào project bằng cách nhấn vào bất kỳ chỗ trống nào trong
canvas hoặc biểu tượng trên top menu
Bạn chọn loại widget cần thêm và kéo thả vào canvas.
45
Bước 5: Cấu hình cho widget
Mỗi widget có màn hình Settings riêng. Bạn nhấn vào bất kỳ widget nào trong canvas để mở màn hình Settings. Trong đó, thông số PIN là quan trọng nhất, tùy thuộc bạn sử dụng PIN nào trong Blynk app thì bạn sẽ lập trình tương tự cho Blocky Node Wifi trong Arduino. Bạn sẽ tìm hiểu rõ hơn phần này ở các bài hướng dẫn xây dựng các ứng dụng cụ thể.
Hình 4.6: Cấu hình widget
46
Chương 5: THI CƠNG MƠ HÌNH VƯỜN IOT CHIẾU SÁNG
5.1 Giới thiệu
Sau thời gian nghiên cứu, nhóm đã hồn thiện được sản phẩm và đáp ứng yêu cầu đưa ra. Các khối chức năng hoạt động đúng và đồng bộ với nhau. Kết quả sau một chu trình hoạt động của mơ hình sẽ giúp ta điều khiển được các thiết bị ngoại vi, thực hiện các hoạt động chăm sóc đối tượng canh tác và hiển thị các thông số lấy từ cảm biến lên màn hình APP, WEB để giúp người dùng dễ dàng quản lí.
5.2 Thi cơng hệ thống
5.2.1 Qúa trình thực hiện mơ hình mơ phỏng
+ Vai trò các thiết bị output hệ thống đèn và hệ thống phun nước
Hình 5.1: Hình ảnh mơ phỏng (Hệ thống chiếu sáng)
Kết hợp cùng với cảm biến ánh sáng khi trời tối cảm biến sẽ nhận biết và đưa tính hiệu về bộ xữ lý trung tâm ESP32 từ đó xữ lý và truyền tính hiệu đi qua modul L298 thực hiện điều chỉnh cường độ ánh sáng của đèn, trời càng tối đèn càng sáng.
47
Hình 5.2: Hình ảnh mơ phỏng (Hệ thống phun nước)
Kết hợp với cảm biến đo độ ẩm khơng khí nhiệt độ và cảm biến độ ẩm đất khí đấ khơ và nhiệt độ mô trường tăng cao độ ẩm trong khơng khí giảm dưới mức cho phép là 50% thì hệ thống phun nước sẽ được kích hoạt và ngắt khi đủ lượng nước yêu cầu.
Khối cảm biến:
Bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm có tính chính xác cao, dùng để thu thập dữ liệu về nhiệt độ, đổ ẩm xung quanh đối tượng canh tác, từ đó đưa tín hiệu về khối điều khiển trung tâm, so sánh với giá trị đặt trước, rồi sau đó khối điều khiển trung tâm sẽ xử lý để phù hợp với yêu cầu của giá trị đặt trước.
48
Hình 5.3: Cảm biến độ ẩm khơng khí
Cảm biến độ ẩm khơng khí DHT11 đọc dữ liệu cảm biến nhiệt độ và độ ẩm khơng khí
Hình 5.4: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm đất
Cảm biến độ ẩm đát cho chúng ta biết thêm về phần trăm độ ẩm của vườn IOT sử dụng điện áp 3v3 bởi vì con ESP32 cái điện áp nó hiểu được cao nhất là 3v3
49
Thi cơng bo mạch:
Nhận tín hiệu từ để điều khiển các thiết bị (thiết bị hoạt động dựa trên tín hiệu của cảm biến, được lập trình từ khối điều khiển).
Khối điều khiển trung tâm sử dụng ESP32 có hiệu năng cao, dùng để điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống:
Điều khiển đọc dữ liệu từ cảm biến.
Truyền dữ liệu lên web qua thiết bị trung gian.
Hình 5.5: Kết nối với thiết bị điện
Hình 5.6: Tổng quan mơ hình từ trên
Tổng quan mơ hình từ trên chúng ta sẽ được phần cảm biến ánh sáng chiếu xuống đất dưới đất đã có 1 con cảm biến độ ẩm đất
50
Hình 5.7: Tổng quan mơ hình phía trước
Từ phía trước chúng ta sẽ thấy được mơ hình sẽ có một hộp điều khiển điều khiển được mọi chức năng từ nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, cảm biến ánh sáng cho đến cảm biến đất
5.2.2 Qúa trình thực hiện mơ hình thực tế Các phím điều khiển Blynk Các phím điều khiển Blynk
51 Chọn chế độ hoạt động
Bật tắt các thiết bị như đèn, động cơ bơm,...
Điều chỉnh giá trị cho mơ hình tự động hoạt động đúng theo nhu cầu của từng loại rau
Internet blynk
Nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị ngoại vi, giá trị đọc được từ các cảm biến và điều khiển hoạt động của thiết bị.
52
Hiển thị dữ liệu đọc từ cảm biến trên vườn rau thông minh với thời gian thực giúp kiểm soát được hoạt động cũng như mô trường của vườn rau.
Khối giám sát :
Khối hiển thị sử dụng màn hình trực tiếp từ smartphone dùng để hiển thị số liệu đọc được từ khối cảm biến.
Hình 5.10: Điều khiển chế độ auto
Ở chế độ auto này chúng ta có thể tự điều chỉnh độ sáng, độ ẩm thấp, tự bật bơm trời càng tối thì đèn càng sáng và ngược lại.
53
Hình 5.11: Điều khiển ở chế độ mannual
Chế độ Manual cho phép người chụp xác định mức phơi sáng của hình ảnh bằng cách tuỳ chỉnh khẩu độ và tốc độ màn trập. Điều này tức là bạn có kể kiểm sốt mọi thơng số.
Kiểm tra kết quả và vận hành
54
Cách thức hoạt động:
Hệ thống hoạt động ở 2 chế độ Manual và Auto, chúng ta thay đổi chế độ bằng nút nhấn điều khiển tại mơ hình hoặc trên app điện thoại.
Hệ thống vẫn hoạt động bình thường khi mất kết nối với wifi.
Ở chế độ manual điều khiển tắt mở các thiết bị bằng nút nhấn tại mơ hình hoặc app trên điện thoại, hiển thị dữ liệu cảm biến trên LCD và điện thoại.
Ở chế độ auto hệ thế sẽ kiểm tra dữ liệu đọc từ cảm biến để so sánh với giá trị hạn mức được cài đặt trên app.
Nếu độ ẩm đất thấp dưới mức cài đặt hệ thống sẽ tự động bật bơm tưới và hiển thị trên app cho đến khi độ ẩm đất đạt mức yêu cầu.
Hệ thống đọc cảm biến ánh sáng để điều khiển mức sáng của đèn, trời càng tối đèn càng sáng và ngược lại.
5.3 Kết quả
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện thi Công đề tài mơ hình vườn IOT sử dụng hệ thống chiếu sáng thơng minh có kết nối wifi và kết nối qua app điện thoại hệ thống giám sát nông nghiệp bằng IOT, nhóm đã hồn thành đề tài dù gặp nhiều khó khăn. Trong q trình nghiên cứu và thi Cơng nhóm cũng đã học thêm được nhiều kiến thức mới bổ ích.
57
Chương 6: ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN
6.1 Nội dung
• Nghiên cứu về cách xây dựng WEB. • Nghiên cứu về module ESP32. • Nghiên cứu về cảm biến độ ẩm đất.
• Nghiên cứu về module cảm biến nhiệt độ DHT11. • Nghiên cứu thiết kế mạch nguồn.
6.2 Nhận xét
Trong quá trình thiết kế và thi cơng đề tài, nhóm gặp nhiều khó khăn và phát sinh trong việc lựa chọn linh kiện, hướng thiết kế, nhưng sau khi tìm hiểu thì những vấn đề trên đã được giải quyết. Khó khăn lớn nhất của đề tài là việc nghiên cứu ra sau khi thu được giá trị đọc được từ cảm biến là thông báo để hiển thị lên Web và APP.
Trong đó việc lập trình phần mềm là vấn đề làm nhóm gặp nhiều khó khăn trong thời gian nghiên cứu và tìm hiểu hướng giải quyết. Sau thời gian nghiên cứu, thi cơng thì dự án đã hoàn thành kịp tiến độ. Hệ thống hoạt động tương đối ổn định. Nhưng những yêu cầu đặt ra đối với hệ thống chỉ đạt trên 85%, vẫn còn điểm hạn chế là chưa áp dụng được vào qui mô lớn.
6.3 Kết quả nghiên cứu
Qua đề tài này, nhóm cịn được trau dồi thêm nhiều kỹ năng: thiết kế, lắp đặt hệ thống điện, mơ hình sao cho tối ưu. Hiểu hơn về các cảm biến thông dụng. Bên cạnh đó, kỹ năng truyền - nhận thơng tin nhờ module Esp32 cũng được nhóm hiểu rõ hơn
Hệ thống điều khiển thông qua thiết bị thông minh (Smartphone, Laptop, PC...) Ứng dụng này có đầy đủ các thơng tin được cập nhật liên tục từ bộ điều khiển và hỗ trợ cho quá trình điều khiển các thiết bị ngoại vi tại vườn.
58
Ứng dụng này không những là giải pháp tối ưu trong việc sửa chữa, bảo trì các thiết bị ngoại vi tại vườn, mà còn là ứng dụng thay thế web khi xảy ra sự cố về Internet.
Người trồng trọt không cần phải lắp đặt hay thao gỡ nhà kính khi muốn trồng xen canh các loại cây khác nhau, với hệ thống IoT này, điều kiện canh tác có thể được thay đổi một cách linh hoạt. Chi phí cho lượng điện tiêu thụ cho quá trình canh tác cũng được giảm đáng kể, vì hệ thống thực hiện điều khiển tắt - mở các thiết bị ngoại vi một cách tự động, nhiệt độ khơng khí đạt khoảng an tồn, độ ẩm đất đạt khoảng ổn định cho sự sinh trưởng và phát triển của cây, bơm nước tự động tắt; ngược lại, khi không đáp ứng được điều kiện môi trường đặt trước, hệ thống sẽ tự động mở hoặc tắt các thiết bị ngoại vi để đảm bảo môi trường nuôi trồng luôn ở trạng thái tốt nhất. Chính vì vậy, năng suất canh tác khi sử dụng hệ thống IoT này sẽ tăng cao; bởi lẽ, điều kiện canh tác không phụ thuộc vào điều kiện môi trường, đáp ứng được nhu cầu của thị trường, nhu cầu của các khách hàng khó tính nhất.
6.4 Đánh giá
Hệ thống có khả năng giúp người dùng giám sát được đối tượng canh tác. Hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài, đảm bảo được việc thu thập thông tin từ đối tượng canh tác cũng như truyền nhận dữ liệu lên web.
Mơ hình đã cho ra được một giải pháp tồn diện cho nhà nơng:
Tiết kiệm tối đa chi phí vận hành, nhân cơng, …
Nâng cao chất lượng nơng sản
Tối ưu hóa thời gian quản lý vườn
Nâng cao sản lượng nông sả
6.5 Kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu và hồn thành đề tài, nhóm đã nhận thấy mơ hình đã hiệu quả được 85%, trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm đã học
59
hỏi và tìm hiểu thêm được nhiều kiến thức mới cũng như củng cố lại kiến thức đã học giúp hoàn thành đề tài này. Vì đây là đề tài hướng đến việc giúp cho những người nông dân giảm bớt thời gian và sức lao động, trong qua trình canh tác nơng nghiệp nên phải chú trọng độ ổn định và chính xác dẫn đến nhiều khó khăn trong quá trình lập trình. Nhưng nhờ sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn và các tài liệu tham khảo thì nhóm đã giải quyết được tương đối yêu cầu của đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài về phần cứng, nhóm đã tìm hiểu được chức năng của các chân IO của board Ardruino, kết hợp với các cảm biến để đọc giá trị, sử dụng chân TX-RX để giao tiếp và module ESP32. Việc kết hợp các module này lại với nhau để làm việc ổn định mất nhiều thời gian nhưng cũng học hỏi được rất nhiều trong quá trình làm.
Tuy rằng sản phẩm đã được hoàn thành nhưng nhóm vẫn nhận thấy sản phẩm cịn nhiều thiếu sót, cần được chỉnh sửa và cải tiến hơn.
Xây dựng hồn thành mơ hình Hệ thống giám sát nông nghiệp bằng ứng dụng IOT. Mơ hình có khả năng cập nhật dữ liệu từ đối tượng canh tác để xử lý theo yêu cầu mà người dùng cài đặt.
61
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Anh, T. Đ. (2018, 10 08). Blynk là gì. Retrieved from Blynk là gì: https://mechasolution.vn/Blog/blynk-la-gi
[2] arduinokit. (2020, 12 27). Giám sát nhiệt độ, độ ẩm bằng App Blynk sử dụng
NodeMCU ESP8266. Retrieved from Giám sát nhiệt độ, độ ẩm bằng App
Blynk sử dụng NodeMCU ESP8266: https://arduinokit.vn/cam-bien-nhiet- do-dht11-su-dung-blynk/
[3] Bảo, N. Q. (2014, 5 22). Arduino.vn. Retrieved from Arduino.vn:
http://arduino.vn/bai-viet/40-ban-co-biet-arduino-la-gi-khong-tim-hieu-them [4] (n.d.). Chuyển dịch cơ cấu ngành kinh tế của Việt Nam: thành tựu và kiến nghị. [5] Khoa, N. A. (2017, 07 14). Điều khiển và giám sát qua điện thoại với ESP8266
và Blynk. Retrieved from Điều khiển và giám sát qua điện thoại với ESP8266
và Blynk: https://hocarm.org/dieu-khien-va-giam-sat-qua-dien-thoai-voi- esp8266-va-blynk/
[6] Khoa, T. Đ. (2019, 08 25). Đồng bộ giữa điều khiển bằng tay và từ xa sử dụng
ứng dụng Blynk. Retrieved from Đồng bộ giữa điều khiển bằng tay và từ xa
sử dụng ứng dụng Blynk: https://tapit.vn/dong-bo-giua-dieu-khien-bang-tay- va-tu-xa-su-dung-ung-dung-blynk/
[7] Ngà, T. T. (2013). Giáo trình điện tử cơ bản. In n. x. Tàu, Giáo trình điện tử cơ
bản.
[8] Phước, N. H. (2021, 2 24). dientuviet.com. Retrieved from dientuviet.com: https://dientuviet.com/cach-viet-va-chay-chuong-trinh-python-tren- raspberry/
[9] Solardh. (n.d.). Biến tần inverter . Retrieved from Biến tần inverter :
https://solardh.com/san-pham/bien-tan-inverter-hybrid-deye-8kw-inverter- hoa-luoi-co-luu-tru/
[10] Thi, L. T. (2015, 12 26). khathy.vn. Retrieved from khathy.vn: https://khathy.vn/nha-thong-minh-smart-home-la-gi.html
62
PHỤ LỤC
Code của chương trình được sử dụng
#define BLYNK_PRINT Serial #include <WiFi.h> #include <WiFiClient.h> #include <BlynkSimpleEsp32.h> #include <DHT.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> #include <ESP32Servo.h> #define CBDONG 36 #define CBDAT 34 #define CBAS 39 #define DHTPIN 15 #define DHTTYPE DHT11