ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
-Trang trại Afarm tại Đà Nẵng
Hình 2.7 Mơ hình trồng rau cơng nghệ cao tại Đà Nẵng [13]
Nhìn chung, tồn cảnh hệ sinh thái IoT Việt Nam đang từng bước được hoàn thiện, bước đầu đã có một số ứng dụng IoT được triển khai. Tuy nhiên, để khai thác tiềm năng phát triển, Việt Nam cần thực hiện một số giải pháp cơ bản:
Một là, hình thành hệ sinh thái đổi mới sáng tạo và khởi nghiệp, trong đó nhấn mạnh vai trò của nhà nước trong việc kiến tạo những điều kiện hỗ trợ và thúc đẩy tác động kinh tế của ngành công nghiệp IoT trong các lĩnh vực; xây dựng hạ tầng cơ sở về mạng truyền thông với thế hệ 5G; xây dựng và thống nhất tiêu chuẩn IoT; tăng cường bảo mật, an
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
toàn, an ninh, cho IoT.
Hai là, cần có một lộ trình, chính sách chung cho tồn bộ các thành tố của hệ sinh thái IoT để các bên cùng “bắt tay nhau” phát triển.
Ba là, tham khảo kinh nghiệm nước ngoài trong xây dựng hệ thống quốc gia nghiên cứu và phát triển về IoT
Bốn là, để xây dựng lợi thế cạnh tranh, Chính phủ đóng vai trị khơng thể thiếu trong việc tạo ra một số dự án tiên phong để nâng cao năng lực cho các doanh nghiệp nhỏ và vừa nhằm tạo ra sức cạnh tranh trên thị trường nội địa, cũng như hướng thị trường quốc tế.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Các phương pháp đặc tính thiết kế
3.1.1 Giám sát tự động hệ thống trồng thủy canh *Ưu điểm *Ưu điểm
- Kiểm soát dinh dưỡng cây trồng là ưu điểm nhất trong thủy canh vì mơi trường dinh dưỡng đã được nghiên cứu kỹ trước khi trồng. Mọi chất dinh dưỡng trong thủy canh cần thiết cho sự phát triển và phát sinh cây trồng đều nhất thiết phải được kiểm sốt ở nồng độ thích hợp cho từng loại cây trồng và môi trường hơn nữa một số nguyên tố gây hại cho cây ở mức dư lượng được khống chế ở giới hạn an toàn.
- Không cần đất chỉ cần không gian, do vậy có thể triển khai ở những vùng đất cằn cỗi như vùng đảo xa xôi, cũng như tại gia đình trên sân thượng, ban cơng.
- Trồng được nhiều vụ, có thể trồng trái vụ.
- Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, và các hóa chất độc hại khác. - Năng suất cao vì có thể trồng liên tục.
- Sản phẩm hồn toàn sạch giàu dinh dưỡng.
- Khơng địi hỏi lao động nặng nhọc, người già, trẻ em đều có thể tham gia hiệu quả vì do khơng phải làm đất, khơng có cỏ dại, khơng cần tưới.
*Nhược điểm
- Chỉ trồng các loại cây rau quả ngắn ngày. - Giá thành sản xuất còn cao.
- Địi hỏi trình độ chun mơn kỹ thuật cao để sản xuất có hiệu quả. Điều này cản trở cho việc trồng thủy canh đại trà.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
Độ dẫn điện thể hiện độ đậm đặc của dung dịch, giá trị độ dẫn điện tốt nhất vào khoản 1,5-2,5dS/m. Giá trị độ dẫn điện cao sẽ ngăn cản sự hấp thu dinh dưỡng do áp suất thẩm thấu thấp. Giá trị độ dẫn điện thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe và sản lượng của cây.
3.1.2 Giám sát hệ thống tưới nhỏ giọt
*Ưu điểm
- Tưới nhỏ giọt đảm bảo phân bố độ ẩm đều trong tầng đất nông nghiệp canh tác, tạo điều kiện thuật lợi về chế độ khơng khí, nhiệt độ, độ ẩm, thức ăn, quang hợp... cho cây trồng.
- Tưới nhỏ giọt cung cấp đều đặn lượng nước tưới cần thiết nhưng tránh được hiện tượng tập trung mưới trong nước tưới và trong đất, khắc phục hiện tượng bạc màu, rửa trôi đất trên đồng ruộng.
- Tưới nhỏ giọt tiết kiệm nước đến mức tối đa, giảm đến mức tối thiểu các tổn thất lượng nước tưới do bốc hơi, thấm...
- Tưới nhỏ giọt không gây ra hiện tượng xói mịn đất, khơng tạo nên váng đất đọng trên bề mặt và không phá vỡ cấu tượng đất.
Tưới nhỏ giọt sử dụng cột nước áp lực làm việc thấp, lưu lượng nhỏ nên tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành.
Tưới nhỏ giọt cung cấp nước thường xun, duy trì chế độ ẩm thích hợp theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của các loại cây trông công nghiệp, cây trồng cơng nghiệp. Nhờ đó, cây sinh trưởng tốt, phát triển nhanh, đạt năng suất cao.
*Nhược điểm
- Tưới nhỏ giọt khơng có khả năng làm mát cây và cải tạo vi khí hậu như tưới phun mưa, khơng có khả năng rửa lá giúp cây quang hợp tốt.
- Tưới nhỏ giọt cần phải có vốn đầu tư ban đầu, người đầu tư phải có trình độ tiếp cận kỹ thuật tưới.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
- Khi tưới nhỏ giọt bị gián đoạn, cây trồng sẽ xấu đi nhiều so với các phương pháp tưới khác.
3.1.3 Giám sát tự động kết hệ thống tưới phun sương *Ưu điểm *Ưu điểm
- Năng suất lao động cao do quá trình tưới được tự động hố, có thể tăng gấp chục lần so với tưới thông thường.
- Cho phép dùng phân hóa học, các chất khử trùng đã hịa tan trong nước để rải xuống mặt đất một cách đều và hiệu quả hơn.
- Tiết kiệm nước rất nhiều. Hệ số sử dụng nước đạt từ 90%-95% và rất có ý nghĩa với vùng hiếm nước hay lấy nước khó khăn. Tưới phun có thể cho phép tưới chính xác diện tích cần tưới với đúng lưu lượng yêu cầu, và đảm bảo tính hiệu quả của lượng nước tưới.
- Thoả mãn yêu cầu sinh lý của cây trồng về nước cũng như lớp đất có bộ rễ cây hoạt động, và bề mặt lá đều được tưới và làm sạch bụi bám trên lá rất hữu ích cho sinh trưởng phát triển của cây. Điều hồ tiểu khí hậu (chống nóng, lạnh, sương muối cho cây trồng).
- Cho phép dùng phân hoá học, các chất khử trùng đã hoà tan trong nước để rải xuống mặt ruộng một cách đều và hiệu quả hơn.
- Có thể thực hiện trên vùng đất dốc, địa hình phức tạp. Chiếm ít diện tích đất, và có thể áp dụng với cChi phí đầu tư ban đầu để xây dựng hệ thống tưới tương đối lớn, người sử dụng cũng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý
- Chất lượng tưới phun mưa (sự phân bố hạt trên diện tích tưới) phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (vận tốc và hướng gió).Với vận tốc gió V > 5,6m/ giây phải ngừng phun tưới để tránh sự phân bố không đều. - Năng suất lao động cao do q trình tưới được tự động hố, có thể tăng gấp chục lần so với tưới thông thường.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
*Nhược điểm
- Có thể thực hiện trên vùng đất dốc, địa hình phức tạp. Chiếm ít diện tích đất, và có thể áp dụng với chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng hệ thống tưới tương đối lớn, người sử dụng cũng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý.
3.1.4 Phương pháp vườn đứng *Ưu điểm *Ưu điểm
- Linh hoạt theo phong cách hay cách thức bố cục sắp đặt của từng loại cây. - Sạch sẽ, khơng q mất cơng chăm sóc.
*Nhược điểm
- Một số loại cây rễ bè, đâm sâu cần nhiều đất khơng dùng được. - Có 2 loại là sử dụng modul nhựa và loại sử dụng vải nỉ. - Ở Việt Nam loại modul nhựa khơng được sử dụng rộng rãi vì chất lượng của loại nhựa khơng tốt – sau 1 mùa hè bị giòn và dễ vỡ. Nếu nhập nhựa từ nước ngoài sẽ rất tốn kém.
Sản phẩm của đề tài bao gồm:
- 01 hệ thống giám sát trồng cây tự động cho người dùng.
- Tài liệu nghiên cứu và thiết kế các modules cảm biến, modules relay điều khiển.
- Tài liệu hướng dẫn sử dụng sản phẩm Phạm vi triển khai: Địa chỉ có thể ứng dụng của sản phẩm: cư dân đơ thị, những người có khơng gian lại khơng có thời gian trồng nhưng vẫn muốn và có thể trồng rau sạch phục vụ nhu cầu của gia đình.
3.1.5 Kết luận đặc tính thiết kế
- Qua tiến hành phân tích và tiến hành đánh giá và lựa chọn nhóm em thấy hệ thống phun sương là hiệu quả tối ưu nhất về cơng năng cùng với đó là khả năng thực hiện mơ hình cũng khả quan nhất để thực hiện
3.2 Các phương pháp điều khiển 3.2.1 PLC 3.2.1 PLC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
Kiến trúc
PLC (bộ điều khiển lập trình) có thể được coi là một bộ vi điều khiển cấp cao. Về cơ bản, nó được tạo thành từ một module bộ xử lý, nguồn điện và các module I / O. Module bộ xử lý bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) và bộ nhớ. Ngoài ra đối với bộ vi xử lý, CPU cũng chứa ít nhất một giao diện có thể được lập trình (USB, Ethernet hoặc RS232) cùng với các mạng giao tiếp. Nguồn điện thường là một module riêng biệt và các module I / O tách biệt với bộ xử lý. Các module I / O bao gồm bộ phận gián đoạn (bật / tắt), analog (biến thiên liên tục) và các module đặc biệt như điều khiển chuyển động hoặc bộ đếm tốc độ cao. Các thiết bị hiện trường được kết nối với các module I / O.
Giao diện
PLC được thiết kế tiêu chuẩn để giao tiếp với các cảm biến, bộ truyền động và module giao tiếp cấp cơng nghiệp và do đó định mức dịng điện và điện áp thường khơng tương thích với bộ vi điều khiển khơng có phần cứng bổ sung.
Hiệu suất, độ bền và độ tin cậy
PLC được thiết kế để sử dụng trong công nghiệp và do đó đã được củng cố để có thể chịu được một số điều kiện bất lợi liên quan đến môi trường như phạm vi nhiệt độ khắc nghiệt, nhiễu điện, xử lý thô và độ rung cao. Điều này rất quan trọng trong hệ thống cơng nghiệp vì thời gian là một phần lớn của nhà máy và quy trình sản xuất.
Lập trình
PLC hiện đang được lập trình bằng các ngơn ngữ như C, C ++ và basic nhưng tất cả các PLC nói chung vẫn tuân thủ tiêu chuẩn hệ thống điều khiển IEC 61131/3 của ngành và hỗ trợ các ngơn ngữ lập trình được quy định bởi tiêu chuẩn bao gồm: sơ đồ bậc thang, văn bản có cấu trúc, sơ đồ khối chức năng, danh sách lệnh và lưu đồ tuần tự.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
PLC ngày nay thường được lập trình thơng qua phần mềm ứng dụng dựa trên bất kỳ ngôn ngữ nào, chạy trên PC được kết nối với PLC bằng bất kỳ giao diện nào, USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422,.
Ứng dụng
PLC là phần tử điều khiển chính được sử dụng trong các hệ thống điều khiển cơng nghiệp. Nó được ứng dụng trong điều khiển máy công nghiệp, băng tải, robot và các máy móc dây chuyền sản xuất khác. Nó cũng được sử dụng trong các hệ thống dựa trên SCADA và trong các hệ thống yêu cầu mức độ tin cậy cao và khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt.
3.2.2 Arduino
Kiến trúc
Thực hiện mọi thứ trên một chip duy nhất, từ CPU đến các cổng I / O và các giao diện cần thiết để giao tiếp với bên ngoài.
Giao diện
Cũng có các cảm biến, bộ truyền động và module được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu cụ thể mà có thể khó giao tiếp với PLC. Tuy nhiên, nó thường được thiết kế để xử lý chỉ vài 100 IO.
Hiệu suất, Độ bền và Độ tin cậy
Kém cứng cáp hơn. Nó khơng được thiết kế để hoạt động như các thiết bị độc lập như PLC. Nó được thiết kế để nhúng vào hệ thống do đó bên ngoài sẽ kém cứng cáp hơn so với PLC.
Lập trình
Được lập trình bằng các ngơn ngữ cấp thấp như assembly hoặc các ngôn ngữ cấp cao như C và C ++ cùng những ngôn ngữ khác, thường được lập trình thơng qua phần mềm ứng dụng chạy trên PC và chúng thường được kết nối với PC thông qua một phần cứng bổ sung thường được gọi là bộ lập
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
trình.
Ứng dụng
Được ứng dụng trong các thiết bị điện tử hàng ngày. Nó là nền tảng chính của một số thiết bị điện tử và thiết bị thông minh.
3.2.3 Kết luận phương pháp điều khiển
PLC
+ Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học + Dễ dàng bảo quản, sữa chữa
+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chưa được những chương trình phức tạp
+ Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các module mở rộng
+ Thay thế cho các phần cứng relay, dây nối và các logic thời gian. Tuy nhiên bên cạnh đó địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ.
+ Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình
+ Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao. Arduino-ESP8266 NodeMCU
Có cung cấp nguồn tối đa 4 thiết bị: 3 nguồn ra 3.3V và một nguồn từ chân Vin
Có đầu đủ 13 chân GPIO chân có thể truyền nhận tín hiệu
Có khả năng hoạt động như một module wifi
Nhận nguồn từ cổng mirco USB tích hợp sẵn trên mạch
Chí phí phù hợp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
Về phương pháp điều khiển thì PLC và Arduino cũng có cái ưu và nhược điểm riêng.
Tuy nhiên Arduino vượt trội hơn PLC về nhiều mặt như ta có thể lập trình được những chương trình phức tạp hơn, thiết kế mạch, các hệ thống khác tốt hơn, dễ hơn, khối chứng năng mạnh hơn, giá thành rẻ hơn chỉ vài chục đến vài trăm nghìn, cịn PLC thì giá thành lên đến vài triệu.
Qua phân tích về giải pháp điều khiển nhóm chúng em quyết định chọn giải pháp điều khiển là dùng Arduino-ESP8266 NodeCMU
3.3 Các phương pháp hiển thị giám sát 3.3.1 Phương pháp hiển thị trên web 3.3.1 Phương pháp hiển thị trên web
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) là giao thức truyền tải siêu văn bản. Đây là giao thức tiêu chuẩn cho World Wide Web (www) để truyền tải dữ liệu dưới dạng văn bản, âm thanh, hình ảnh, video từ Web Server tới trình duyệt web của người dùng và ngược lại.
HTTP là giao thức ứng dụng của bộ giao thức TCP/IP (các giao thức nền tảng cho Internet).Bộ giao thức TCP/IP là một bộ các giao thức truyền thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên đó.Bộ giao thức này được đặt theo tên hai giao thức chính là TCP (Transmission Control Protocol – Giao thức điều khiển truyền vận) và IP (Internet Protocol – Giao thức Internet).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH
Hình 3.1 Giao thức HTTP [14]
HTTP hoạt động theo mơ hình Client (máy khách) – Server (máy chủ). Việc truy cập website được tiến hành dựa trên các giao tiếp giữa 2 đối tượng trên. Khi người dùng truy cập một trang web qua giao thức HTTP, trình duyệt sẽ thực hiện các phiên kết nối đến server của trang web đó thơng qua địa chỉ IP do hệ thống phân giải tên miền DNS cung cấp. Máy chủ sau khi nhận lệnh, sẽ trả về lệnh tương ứng giúp hiển thị website, bao gồm các nội dung như: văn bản, ảnh, video, âm thanh,…
Các phương thức truyền dữ liệu qua HTTP
GET và POST là hai phương thức của giao thức HTTP, đều là gửi dữ liệu về server xử lí sau khi người dùng nhập thơng tin vào form và thực hiện submit. Trước khi gửi thơng tin, nó sẽ được mã hóa bằng cách sử dụng một giản đồ gọi là URL Encoding.
Web hiển thị: Được thành lập 2007 và là công ty con của Hostinger,