ĐỒ án môn học xây dựng mô hình tưới cây tự đông theo độ ẩm đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Giáo viên hướng dẫn: Nhữ Khải Hồn
Mơn học : Kỹ Thuật Vi Xử Lý
Tên sinh viên: Phan Xuân Tỵ - Trần Minh Thành
Lớp: Điện – Điện Tử 20CDT1

Khánh Hòa, Tháng 4 Năm 2022
1


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nhữ Khải Hồn – giảng viên bộ mơn
“Kỹ Thuật Vi Xử Lý” trong Khoa Điện – Điện Tử đã trang bị cho em những kiến thức, kỹ
năng cơ bản cần có để hồn thành đề tài nghiên cứu này
Vì lý do Bluetooth khơng thể truyền đi xa nên em xin được sử dụng hình thức gửi
data giám sát về server mà module SIM 800A có sẵn. Đồng thời có thể truy cập được ở
bất cứ đâu trên mọi thiết bị.
Ngoài ra, em cũng thiết kế giao diện giao tiếp để người dùng tiện thao tác thông qua
web server một cách thân thiện, dễ hiểu và dễ thao tác.
Do thời gian còn hạn chế, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nên dù đã cố gắng
hết sức nhưng phương án giải quyết bài toán của em chắc chắn khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè
để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

2


TĨM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Xây dựng mơ hình tưới cây tự đông theo độ ẩm đất.” được thực
hiện tại trường Đại Học Nha Trang.
Đề tại được thực hiện theo những yêu cầu sau :
- Tổng quan về đề tài.
- Cơ sở lý thuyết Arduino, module SIM900A mini, cảm biến độ ẩm đất.
- Mơ hình mạch ngun lý, giải thuật và code điều khiển.
- Thi cơng mơ hình hệ thống tưới cây tự động theo độ ẩm đất theo yêu cầu :
- Tự ổn định độ ẩm đất.
- Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua bluetooth.
- Đánh giá kết quả đạt được và kiến nghị.

3


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PLC: ............................... Programmable logic controller.
AT: .................................. Attention.
GSM: ............................... Global System for Mobile Communications.

GPRS:............................... General Packet Radio Service.
GPS:.................................. Global Positioning System.
SMS: ................................ Short Message Service.
CR: ................................... Carriage return.
LF: .................................... Line Feed.
MT: ................................... Mobile Terminal.
TE: .................................... Terminal Equipment.
HTTP: ............................... Hypertext Transfer Protocol.
HTML: ............................. HyperText Markup Language.
IP: ..................................... Internet Protocol.
CSS: .................................. Cascading Style Sheets.

URL:.................................. Uniform Resource Locator.
PHP: ................................. Hypertext Preprocessor.
CMS:................................. Content management system.
IDE: .................................. Integrated Development Environment.
PVC:.................................. Polyvinyl clorua

4


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay trên thế giới việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất là
rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nơng nghiệp. Nhờ có ứng dụng
các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng nông sản tăng lên đáng kể.
So với nước ta hiện nay thì nền nơng nghiệp vẫn cịn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứng
dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế. Trong nơng nghiệp ngồi những kĩ thuật
trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt
để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường. Tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu
nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an
toàn, đạt năng suất hiệu quả cao.
Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn cơng nghiệp hóa hiện đại hóa các
thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế cho sức lao động của con người.
Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo để đưa vào thực tiễn ngày
càng nhiều. Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vịi
nhỏ giọt bù áp, vịi khơng bù áp,..) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác
nhau được chế tạo từ nhiều quốc gia khác nhau tiêu biểu như: Israel, Mỹ, Trung Quốc,..
Rất tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Việc thiết
kế, chế tạo một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp con người không phải tưới cây, khơng
phải tốn chi phí nhân cơng tưới nước và có thể giám sát thời gian tưới 1 cách cụ thể nhất.

Người lao động sẽ không cần quan tâm tới việc tưới cây mà cây vẫn sinh trưởng phát
triển tốt hơn nhờ việc tưới phù hợp và chính xác hơn. Đồng thời can thiệp vào nền nông
nghiệp nước ta hạn chế phụ thuộc vào điều kiện khí hậu tự nhiên.
Ngoài ra trên những tuyến đường ở khu vực trung tâm thành phố, chúng ta vẫn hay
bắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây cản trở, mất an tồn giao
thơng.
Do đó đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình giám sát và điều khiển tưới cây tự động”
được chọn để giải quyết các vấn đề nêu trên.

5


1.2 Mục tiêu đề tài
Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu và thực hiện: “Thiết kế, chế tạo mơ hình
giám sát và điều khiển tưới cây” từ đó đưa vào ứng dụng trong thực tiễn. Giúp cho việc
tươi tiêu cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.
Hệ thống tích hợp module gọi điện/SMS sử dụng mạng di động, xử lý dữ liệu. Hệ
thống sẽ thu nhận các tín hiệu của thiết bị đầu cuối (mobile), để thực hiện các lệnh điều
khiển tưới cây và phản hồi lại trạng thái của thiết bị được điều khiển.
Module SIM 800A GSM/GPRS/GPS có thể làm việc tại các ví trí có phủ sóng của
mạng điện thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina
Phone...
1.3 Nội dung đề tài
Vì thời gian có hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề tài nên em chỉ thực hiện
nghiên cứu các vấn đề cơ bản như sau:
-

Cơ sở lý thuyết Arduino, module SIM900A mini, cảm biến độ ẩm đất.
Mơ hình mạch ngun lý, giải thuật và code điều khiển.
Thi cơng mơ hình hệ thống tưới cây tự động theo độ ẩm đất theo yêu cầu :

Tự ổn định độ ẩm đất.
Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua bluetooth/Server
Đánh giá kết quả đạt được và kiến nghị.

6


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về hệ thống tưới cây
2.1.1 Hệ thống tưới là gì?
Hệ thống tưới là một cơng cụ để chuyền tải một lượng nước từ nguồn nước đến các
điểm khác nhau trên một phạm vi đất nào đó với mật độ bao phủ đồng đều cao phù hợp
cho từng giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây.
Ngày nay với sự phát triển của xã hội, khoa học công nghệ cụ thể là công nghệ ứng
dụng vào nông nghiệp cũng từng bước nâng cao. Lao động chân tay dần được thay thế
bằng máy móc và hệ thống tưới nước cũng là một trong số đó. Hệ thống tưới hay còn gọi
là hệ thống tưới tự động là một trong những hệ thống ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất
hiện nay. Trước kia, để có nước canh tác người lao động phải tìm kiếm những nơi có
nguồn nước dồi giàu hoặc là phải dùng sức mình vận chuyển từng khối nước tới tưới cho
cây trồng thì ngày nay chỉ cần một nút bấm cây đã có nước để hấp thụ. Vừa giảm được
thời gian, giảm được nhân công lao động lại vừa có thể kiểm sốt tiết kiệm cho nguồn
nước tránh khỏi việc hao phí nước.
2.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống tưới cây.
Vì vấn đề có thể cung cấp đủ nước đảm bảo độ ẩm cho cây trồng phát triển, cũng
như là tiết kiệm thời gian, tiết kiệm chi phí nhân cơng, tiết kiệm được nguồn nước nên hệ
thống tưới cây được ra đời và ngày càng hiện đại hơn:

7

Tưới thủ cơng bằng sức
người
Tưới thủ cơng có hỗ trợ máy
móc

Điều khiển tưới từ xa
Tưới tự động

Robot tưới cây
Hình 2.1: Lịch sử phát triển quá trình tưới cây

8


2.1.3

Các phương pháp tưới được áp dụng hiện nay:

Tưới cây khơng chỉ đơn giản là hình thức tưới bình thường như chúng ta nghĩ mà
nó là một trong những biện pháp chủ yếu để sử dụng nước hợp lý, thích hợp cho từng
loại cây trồng, nhằm tăng năng suất lao động và tăng năng suất cho cây trồng.
Trong số những hệ thống tưới phổ biến, nổi bật lên ba hệ thống tưới tự động là tưới phun
sương, tưới phun mưa và tưới nhỏ giọt. Đặc điểm riêng của từng hệ thống như sau:
2.1.3.1

Hệ thống tưới phun sương

Hệ thống tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơm
tăng áp khiến dịng nước phun ra có dạng hạt rất nhỏ, khuất tán nhanh vào khơng khí. Vì

đặc tính đó nên tưới phun sương chịu ảnh hưởng rất lớn bởi gió, nên thường chỉ được lắp
đặt ở trong nhà kính, hoặc ở những nơi khơng chịu ảnh hưởng mạnh bởi các yếu tố khí
hậu. Tưới phun sương thường được lắp trong các khu vườn ươm giống, các vườn hoa
trong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rau thủy canh, trồng hoa, tưới cảnh quan,… Ngoài ra
tưới phun sương còn được lắp trong các trang trại, nhà xưởng, quán café, giúp cho không
gian xung quanh luôn mát mẻ và dễ chịu.
Khi bốc hơi nhanh sương hấp thu nhiệt và do đó làm giảm nhiệt độ của mơi trường
xung quanh từ 5 – 70C.

Hình 2.2: Hệ thống tưới phun sương.

9


 Ưu điểm:
-

Cho phép khả năng kết hợp phân hóa học, thuốc khử trùng hòa tan vào

nước để rãi lên mặt vườn một cách đều và hiệu quả hơn.
-

Kích thước hạt nhỏ, mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng,

không gây hại cho cây.
-

Tiết kiệm nước tối ưu. Thỏa mãn yêu cầu sinh lý của cây trồng: khơng

chỉ về nước mà cịn về dinh dưỡng cũng như bảo vệ lớp đất có bộ rễ cây hoạt

động.
-

Chống nóng, chống lạnh, điều hịa vi khí hậu, khơng gây ra hiện tượng

sương muối và giúp điều hịa khí hậu tốt hơn hẳn. Phù hợp với nhiều địa hình.

 Nhược điểm:
-

Địi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản

lý để vận hành.

2.1.3.2

-

Chi phí đầu tư lớn.

-

Nguồn nước phải đảm bảo sạch.

-

Chịu ảnh hưởng lớn bởi gió và nhiệt độ.
Hệ thống tưới phun mưa

Đây là phương pháp tưới mới được phát triển rộng rãi trong vịng 40 năm nay.

Ngun tắc chính của hệ thống tưới nước này là dùng máy bơm, ống dẫn nước và vòi
phun để tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu phun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề
mặt lá cây. Hệ thống này giúp người nông dân tưới cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nâng
cao hiệu quả kinh tế. Hệ thống này được áp dụng phổ biến nhất do phù hợp với nhiều mơ
hình canh tác từ hoa màu cho đến cây ăn quả, cây cơng nghiệp.

Hình 2.3: Hệ thống tưới phun mưa.
10


 Ưu điểm:
-

Tưới phun mưa có thể thực hiện ở nhiều địa hình, khơng gây xói mịn

trơi màu, khơng phá vỡ cấu tượng của đất, không làm dập nát cây trồng vì có
thể thực hiện được mức tưới nhỏ, tưới nhiều lần với cường độ tùy ý, thích
hợp với từng loại cây trồng đất đai. đảm bảo mức nước cần tưới và độ phủ
tương đối đồng đều, bề mặt lá đều được tưới, làm sạch bụi bám trên lá rất
hữu ích cho cây sinh trưởng phát triển, cải tạo vi khí hậu khu vực tưới, tưới
tự động hồn tồn và dễ dàng vận hành.
-

Tưới phun mưa thuận tiện cho việc phịng trừ sâu bệnh và chống cỏ dại

có thể hịa lẫn các loại thuốc cùng với nước tưới cho cây trồng.
-

Tưới phun mưa nâng cao hệ số sử dụng hữu ích của hệ thống tưới và

sử dụng nước trên đồng ruộng. Ở Mỹ hệ số sử dụng hữu ích khi tưới phun
mưa là 0.67, còn phương pháp tưới khác là 0.56; ở Nhật hệ số sử dụng hữu
ích khi tưới phun mưa là 0.75 – 0.8 và phương pháp tưới khác là 0.65 – 0.7
-

Tưới phun mưa còn làm tăng năng suất các loại cây trồng . Ở Italia khi

tưới phun mưa cho nho, người ta đã nhận thấy chất lượng nho tốt hơn, hàm
lượng đường trong nho tăng 2%. Ở Việt Nam, qua thí nghiệm phun tưới mưa
tại đồi chè 66 – Hợp tác xã Tiên Phú – Phù Ninh – Vĩnh Phúc cho thấy năng
suất chè tăng được 50% so với đối chứng không tưới.
 Nhược điểm:
-

Vốn đầu tư chi phí ban đầu hơi cao.

-

Lưu lượng nước và áp lực ngồn nước đòi hỏi cao để dẫn đến bơm,

đường ống, van phải lớn làm tăng giá thành, nguồn nước dự trữ phải lớn và
ổn định.
-

Vòi phun mưa rất dễ bị tắt nếu trong nước tưới có chứa nhiều tạp chất

bởi vịi phun mưa có những lỗ phun rất nhỏ.
-

Khi phun mưa tổn thất bốc hơi lớn, đất được làm ẩm đều nên cỏ dại

phát triển mạnh.
-

Khơng thích hợp ở vùng có gió mạnh.

Theo tài liệu của Tritrexop năm 1970 ở Tiệp Khắc 97% tưới bằng phương pháp tưới
phun; ở Dức 79%; ở Israel 90%; ở Anh 80%; Hungari 70%....

11


Ở

Việt Nam hiện nay đang được áp dụng rất phổ biến phương pháp tưới phun mưa

cho các vùng chuyên canh rau ở Hà Nội, Hải Phòng, Đà Lạt... và các vùng trồng cây
công nghiệp ở Tây Nguyên.
2.1.3.3 Hệ thống tưới nhỏ giọt
Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước sẽ được tưới
trực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá. Từ đây hạn chế đến tối
đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinh dưỡng để phát triển. Tưới nhỏ giọt đã
có từ thời cổ đại với các bình đất sét đục lỗ cho nước thấm qua hay hệ thống ống dẫn đục
lỗ tại Đức (năm 1920) nhưng phải đến 1959, nhờ công sức của 2 cha con Simcha Blass
và Yeshayahu người Israel, phương pháp này mới được hoàn thiện.
Hệ thống tưới nhỏ giọt đơn giản bao gồm: bồn chứa nước, hệ thống ống dẫn và đầu
tưới nhỏ giọt hay dây nhỏ giọt.

Hình 2.4: Tưới nhỏ giọt
 Ưu điểm:

-

Tiết kiệm nước do nước tưới được cấp trực tiếp cho cây trồng, khơng

bị thất thốt do bốc hơi và thấm sâu.
-

Tưới nhỏ giọt cịn có khả năng giữ độ ẩm đồng đều trong tầng đất canh

tác góp phần nâng cao năng suất cây trồng.
-

Hiệu suất sử dụng nước tưới được tăng lên và đảm bảo đúng chế độ

nước của đất theo nhu cầu của từng cây trồng.
12


-

Phạm vi tưới nước trên mặt đất nhỏ nên trên mặt đất phần lớn vẫn giữ

được khô, các loại cỏ dại sẽ không đủ độ ẩm để phát triển và giữ được
thống khí.
 Nhược điểm:
-

Đây là vấn đề chủ yếu trong sử dụng tưới nhỏ giọt, nghiêm trọng có thể

làm cho hệ thống tưới hoạt động khơng bình thường, ngừng hoạt động.

Nguyên nhân gây tắc có thể do phù sa trong nước, chất hữu cơ, vi sinh vật
hoặc vật lắng kết hóa học.
-

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.
-

Tưới nhỏ giọt cần có vốn đầu tư ban đầu, người đầu tư phải có trình độ

tiến cận kỹ thuật tưới.
-

Khi tưới nhỏ giọt bị gián đoạn, cây trồng sẽ xấu đi nhiều so với

phương pháp tưới cây khác
2.1.4

Một số cơng trình nghiên cứu trước

2.1.4.1

Các nghiên cứu trong nước

 Hệ thống tưới của trường Cao đẳng Công Nhiệp Huế:
Hệ thống phun tự động đa năng của hai giảng viên trường Cao đẳng Công Nghiệp
(CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu. Các thiết bị chính của hệ
thống tưới phun đa năng gồm 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm đất cài đặt
tại nhà màng trồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC- S7- 1200. Khi các cảm

biến cho thông số độ ẩm của đất và nhiệt độ của khơng khí tại nhà màng báo hiệu cần
nước, tín hiệu sẽ đưa về bộ điều khiển PLC. Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tử
động nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo cái vòi lắt đặt và tự ngừng trong 5
phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu.
Một thuận lợi nữa là Hệ thống tưới phun đa năng này cịn có thể sử dụng để phun
thuốc sâu cho cây hoa bằng cách, thay đấu nối từ nguồn nước tưới sang nguốn nước đã
hòa thuốc sâu. Hệ điều khiển thay vì tự động nhận tín hiệu sẽ được điều khiển bán tự
động bằng tay, mọi hoạt động của hệ thống sẽ chạy cơ chế tương tự.
Với các ưu điểm: tự động hóa, tiết kiệm cơng sức, tiết kiệm điện, thân thiện với môi
trường, dễ sử dụng… hệ thống tưới phun đa năng này còn cải thiện được hàng loạt các
nhược điểm của các phương pháp tưới truyền thống khác. Đó là giảm bám bẩn, tắc

13


nghẽn ống tưới, làm mát toàn thân cây kịp thời, tự nhiên, khơng gây gãy đổ. Có thể tưới
rửa bẩn bám trên thân lá, hoa. Tiết kiệm nước và có giá thành thấp, dễ bảo dưỡng.
 Hệ thống tưới bằng điện thoại của nông dân trẻ Nguyễn Quốc Huy
Để chăm sóc khu vườn rộng hàng ngàn mét vng của gia đình mình, giờ đây
chàng nơng dân trẻ Nguyễn Quốc Huy (22 tuổi, ngụ tại thôn Đa Lộc, xã Xuân Thọ, thành
phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng) có thể ngồi cách xa hàng trăm km điều khiển hệ thống thiết
bị tưới nước hiện đại tự động, thông qua chiếc điện thoại thông minh.
Hệ thống bơm nước với các van điện từ đóng mở nhịp nhàng theo một chương trình
đặt trước sẽ lần lượt dẫn nước tới các béc phun nước dựng đều trên các luống rau, tưới đủ
nước lần lượt cho từng khu vực.
Chỉ bằng những tin nhắn từ điện thoại dù ở cách xa cả ngàn km, hệ thống thiết bị
của Huy sẽ tự động vận hành, làm những công việc như hút nước từ giếng lên bể chứa;
dẫn nước tới các bép phun đã chôn sẵn trên các luống cây trồng lần lượt từng khu vực;
tưới theo thời gian đã cài đặt từ hệ thống cho từng khu vực, tùy thuộc vào từng loại cây
trồng…

2.1.4.2

Các nghiên cứu của nước ngồi:

 Máy tự động dùng trong nơng nghiệp.
Đầu những năm 80 Liên Xô đã chế tạo ra một loại mấy tự động dùng trong năm
nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể đo được độ ẩm đất, nhiệt độ khơng khí, sức
gió... có thể xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng thông qua
một loại máy làm mưa nhân tạo.
 Robot tưới cây của hãng Droplet

14


Hình 2.5: Robot tưới cây của hãng Droplet.
Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những cơng nghệ mới nhất,
điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng điều
chỉnh hướng vòi phun, lượng nước, tần suất nước để tự động tưới nước cho cây theo lịch
trình tự tính tốn dựa trên phân tích của các dữ liệu đầu vào.Theo thơng từ hãng sản xuất,
robot Droplet chẳng những có thể thay thế con người chăm sóc cây cối mà cịn có thể
giúp tiết kiệm tới 90% lượng nước lãng phí trong quá trình tưới nước cho cây.
Về mặt kỹ thuật, Droplet là 1 chiếc vịi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh
hướng dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét. Trước khi robot
tự động vận hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườn
thơng qua điện thoại, máy tính bảng,... được kết nối khơng dây với robot. Tiếp theo,
người dùng cần điều chỉnh hướng vòi phun bằng tay đến mỗi cây và Droplet sẽ lưu từng
vị trí của các cây vào bộ nhớ của mình.
Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng
nhằm xác định lượng nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây.Bên cạnh
đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xác

định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp.
 Hệ thống điều khiển tưới cây tự động của Israel.
Nói về cơng nghệ tưới thì khơng thể nói đến hệ thống tưới của Israel, đó là cả một
thành cơng về một nền nơng nghiệp gặp nhiều khó khăn, một nền nông nghiệp đã vượt
qua được sự thiếu hụt về tài nguyên nước, nơi có lượng mưa thấp nhất thế giới, một vùng
đất được xem là khô cằn thế nhưng Israel đã chứng tỏ là một quốc gia đi đầu cho những
15


tiến bộ công nghệ không chỉ về nông nghiệp mà cịn các lĩnh vực khác ảnh hưởng đến
tồn thế giới.
Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của
người sử dụng. Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống nguồn nước đầu vào
và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hồn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự
động.
Có 3 loại điều khiển: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ.
-

Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng

hồ yêu cầu
Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời
gian.
Điều khiển bằng tay : người sử dụng có thể tưới cây hoặc ngừng tưới
ngay
mà không cần đến thời gian đã hẹn, chỉ cần nhấn nút trực tiếp trên
timer Bộ điều khiển thời gian và van điện từ.
Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ
hoạt động, thời gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới.
Bộ cảm biến mưa sẽ tự động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm cao.

Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu
tưới, để các đầu tưới hoạt động.


16


Hình 2.6: Bộ hẹn giờ và van điều khiển
Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định giờ tưới, đến giờ hoạt
động thì bộ điều khiển sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ
tự động mở ra và cung cấp nước cho các đầu phun. Thời gian tưới được cài đặt sẵn
theo ý muốn của người sử dụng.
Sau quá trình nghiên cứu, tìm hiểu thì em chọn cho đề tài phương án tưới cây bằng
phương pháp phun mưa, hình thức tưới trực tiếp bằng điện thoại và hẹn giờ trên web. Do
phương pháp phun mưa tối ưu trên nhiều địa hình, phù hợp với nhiều loại cây trồng đặc
biệt là nhưng cây hoa màu nông nghiệp với việc điều khiển tưới thông qua điện thoại di
động hoặc hẹn giờ trên web sẽ giúp được người điều khiển bớt đi thời gian cũng như
không gian. Chỉ cần kết nối mạng vào địa chỉ trang web thực hiện đặc lịch cho hệ thống
hay một cuộc gọi đến thì máy bơm sẽ được hoạt động bơm nước tưới cho cây trồng dù
cho người điều khiển có ở đâu đi chăng nữa thì cũng có thể tưới cây trồng của mình một
cách dễ dàng.
2.2 Tổng quan tập lệnh AT trong đề tài
2.1.1 Tập lệnh AT
Tập lệnh AT viết tắt là Attention các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một
modem. Là tập lệnh chuẩn được hỗ trợ bởi hầu hết các thiết bị di động như điện thoại di
17


động, GSM modem mà có hỗ trợ gửi và nhận tin nhắn tin nhắn dưới dạng SMS (Short
Message Service) và điều khiển cuộc gọi.

Từ các lệnh “AT” này, người lập trình có thể làm một số bước sau:
-

Ban đầu đọc tin nhắn, viết tin nhắn và xóa tin nhắn.

-

Thực hiện gửi tin nhắn SMS.

-

Kiểm tra toàn bộ chiều dài nội dung tin nhắn.

-

Thực hiện gọi điện, nghe máy, gác máy.

Trong khn khổ của đồ án này em chỉ tìm hiểu 1 số tập lệnh cơ bản phục vụ cho
việc làm đồ án của mình. Sau đây em xin giới thiệu 1 số tập lệnh cơ bản để cài đặt dùng
cho dịch vụ gọi điện bao gồm:
-

Bước đầu tiên là công việc khởi tạo.

-

Bước thứ hai là nhận, xử lý cuộc gọi và lấy thời gian thực từ nhà mạng

của sim.
-

Bước làm cuối cùng là gửi tín hiệu đi.

2.2.2 Các thuật ngữ
<CR>: Carriage return (được dịch từ mã ASCII là $0D).
<LF>: Line Feed (được dịch từ mã ASCII là 0x0A)
MT : Mobile Terminal – Thiết bị đầu cuối mạng (ở đây là Module simA7).
TE : Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối (ở đây là máy tính giao tiếp được
dùng để giao tiếp với Module sim).
2.2.3

Cú pháp lệnh AT

Lệnh khởi đầu: luôn là “AT” hoặc “at”. Lệnh kết thúc là: ký tự <CR>. Thông
thường sau mỗi lệnh AT là một đáp ứng, cấu trúc của đáp ứng này là:
“<CR><LF><Response><CR><LF>” Cú pháp chính của lệnh AT có thể được phân chia
thành 3 loại : cú pháp có cấu trúc cơ bản, cú pháp có cấu trúc tham số S, cú pháp có cấu
trúc mở rộng.
Với các cú pháp nêu trên thì các lệnh có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau.
Các chế độ này được thống kê như sau:
Bảng 2.1: Các chế độ lệnh AT.
<Lệnh kiểm tra>
<Lệnh đọc>
18


<Lệnh thiết lập>
<Lệnh thực thi>

2.2.4 Một vài lệnh AT được sử dụng trong để tài.

Lệnh ATZ dùng thiết lập lại (reset) tất cả các tham số hiện tại theo mẫu được người
dùng định nghĩa. Lệnh trả về của modem là lệnh OK. Mẫu người dùng định nghĩa trước
đó được lưu trên bộ nhớ cố định. Nếu không thiết lập lại được theo mẫu của người dùng
định nghĩa thì nó sẽ reset lại theo đúng các tham số mặc định của nhà sản xuất. Bất cứ
lệnh AT cộng thêm nào trên cùng một dịng với lệnh ATZ đều khơng được thực hiện.
Lệnh AT+CPIN?
Lệnh trả về một chuỗi ký tự chữ số cho biết một số mật khẩu có được yêu cầu hay
không.
Kiểm tra đến khi nào Ready để biết sim sẵn sàng hoạt động chưa nên chờ từ 5-10
giây trước khi làm việc.
Lệnh AT+CLIP=1 : Hiển thị thông tin cuộc gọi đến
Thông tin nhận dạng đường dây gọi (CLI) của bên gọi khi nhận cuộc gọi bị kết thúc
trên thiết bị di động.

Lệnh AT + CMGL: danh sách thư đã nhận trong chế độ văn bản.
Lệnh AT + CMGL liệt kê các tin nhắn nhận được trên modem GSM. Nó có thể
được sử dụng để nhận được tất cả các tin nhắn nhận được, tất cả các tin nhắn chưa đọc
hoặc tất cả các tin nhắn đã đọc.
Thông số
-

<stat>: Trạng thái = "TẤT CẢ", "REC UNREAD" hoặc "REC READ"

-

<index>: Số chỉ mục của thư

-

<oa>: Địa chỉ người tạo

-

<alpha>: Tên trình khởi tạo (nếu có trong danh bạ)

-

<scts>: Tem thời gian trung tâm dịch vụ
19


-

<data>: Nội dung của tin nhắn văn bản

-

<CR>: ký tự ASCII 13

-

<LF>: Ký tự ASCII 10

Lệnh ATDxxxxx...: Cuộc gọi gốc đến số điện thoại nào đó.
Lệnh này có thể được sử dụng để thiết lập các cuộc gọi thoại, dữ liệu hoặc fax đi.
Với “xxxx...” là số điện thoại muốn gọi đi. Nó cũng phục vụ để kiểm sốt các dịch vụ bổ
sung. Lưu ý: Lệnh này có thể bị hủy bỏ thường bằng cách nhận lệnh ATH hoặc ký tự
trong khi thực thi.
Lệnh ATH : tắt máy
Ngắt kết nối cuộc gọi hiện tại với TE cục bộ từ dòng lệnh và kết thúc cuộc gọi

Tổng quan về WEBSERVER
-

Ngày nay cùng với sự phát triển của IOT ngày càng có nhiều WEBSERVER

miễn phí đã được tạo ra miễn phí ( hoặc bỏ ra một khoản phí nhỏ để nâng cấp tính
năng

sử dụng ). Các trang chủ này khá dễ dàng sử dụng qua phương thức/giao thức API.
Tiêu biểu như ThingsBoard - Open-source IoT Platform , Blynk IoT platform: for businesses and
developers , , Thinger.io – Open Source IoT Platform, Node-RED
(nodered.org)…

-

API là các phương thức, giao thức kết nối với các thư viện và ứng dụng khác.

Nó là viết tắt của Application Programming Interface – giao diện lập trình ứng
dụng. API cung cấp khả năng cung cấp khả năng truy xuất đến một tập các hàm
hay dùng. Và từ đó có thể trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng.
API thường ứng dụng vào đâu?
Web API: là hệ thống API được sử dụng trong các hệ thống website. Hầu hết
các website đều ứng dụng đến Web API cho phép bạn kết nối, lấy dữ liệu hoặc
cập nhật cơ sở dữ liệu. Ví dụ: Bạn thiết kế chức nằng login thơng Google,
Facebook, Twitter, Github… Điều này có nghĩa là bạn đang gọi đến API của.
Hoặc như các ứng dụng di động đều lấy dữ liệu thông qua API.
API trên hệ điều hành: Windows hay Linux có rất nhiều API, họ cung cấp các
tài liệu API là đặc tả các hàm, phương thức cũng như các giao thức kết nối. Nó
giúp lập trình viên có thể tạo ra các phần mềm ứng dụng có thể tương tác trực
tiếp với hệ điều hành.

API của thư viện phần mềm hay framework: API mô tả và quy định các hành động
mong muốn mà các thư viện cung cấp. Một API có thể có nhiều cách triển khai
khác nhau và nó cũng giúp cho một chương trình viết bằng ngơn ngữ này
20


có thể sử dụng thư viện được viết bằng ngơn ngữ khác. Ví dụ bạn có thể dùng
Php để u cầu một thư viện tạo file PDF được viết bằng C++.
Một số khái niệm khác:
API hiện nay đều tuân thủ theo tiêu chuẩn REST và HTTP, tạo sự thân thiện dễ
sử dụng với nhà phát triển. Giúp người dùng dễ dàng truy cập, dễ hiểu hơn.
Web API hiện đại dùng cho các đối tượng cụ thể, chẳng hạn như mobile
developer với document, version khác nhau.
API key: Đây là loại code (string) được truyền tải bởi các chương trình máy
tính gọi là API để xác định chương trình, nhà phát triển hoặc người dùng nó tới
trang web. Các API key được sử dụng với mục đích nhằm giới hạn, kiểm sốt
sử dụng API. Chẳng hạn như ngăn chặn sự việc lạm dụng API.
API Key thường hoạt động như một mã định danh duy nhất và mã thơng báo bí mật để
xác thực và thường sẽ có một bộ quyền truy cập trên API được liên kết với nó. Các API
Key có thể dựa trên hệ thống định danh duy nhất toàn cầu (UUID) để đảm bảo chúng sẽ
là duy nhất cho mỗi người dùng.

Web API là gì?
Web API là một phương thức dùng để cho phép các ứng dụng khác nhau có thể giao tiếp,
trao đổi dữ liệu qua lại. Dữ liệu được Web API trả lại thường ở dạng JSON hoặc XML
thông qua giao thức HTTP hoặc HTTPS.

Những điểm nổi bật của Web API
Web API hỗ trợ restful đầy đủ các phương thức: Get/Post/put/delete dữ liệu. Nó giúp bạn
xây dựng các HTTP service một cách rất đơn giản và nhanh chóng. Nó cũng có khả năng

hỗ trợ đầy đủ các thành phần HTTP: URI, request/response headers, caching, versioning,
content format.
Tự động hóa sản phẩm
Với web API, chúng ta sẽ tự động hóa quản lý cơng việc, cập nhật luồng cơng việc, giúp
tăng năng suất và tạo hiệu quả công việc cao hơn.
Khả năng tích hợp linh động
API cho phép lấy nội dung từ bất kỳ website hoặc ứng dụng nào một cách dễ dàng nếu
được cho phép, tăng trải nghiệm người dùng. API hoạt động như một chiếc cổng, cho
phép các công ty chia sẻ thông tin được chọn nhưng vẫn tránh được những yêu cầu
không mong muốn.
21


Cập nhật thơng tin thời gian thực
API có chức năng thay đổi và cập nhật thay đổi theo thời gian thực. Với công nghệ này,
dữ liệu sẽ được truyền đi tốt hơn, thơng tin chính xác hơn, dịch vụ cung cấp linh hoạt
hơn.
Có tiêu chuẩn chung dễ sử dụng
Bất kỳ người dùng, cơng ty nào sử dụng cũng có thể điều chỉnh nội dung, dịch vụ mà họ
sử dụng.
Hỗ trợ đầy đủ các thành phần MVC như: routing, controller, action result, filter, model
binder, IoC container, dependency injection, unit test.

Web API hoạt động như thế nào?
1.
Đầu tiên là xây dựng URL API để bên thứ ba có thể gửi request dữ liệu
đến máy chủ cung cấp nội dung, dịch vụ thông qua giao thức HTTP hoặc
HTTPS.
2.
Tại web server cung cấp nội dung, các ứng dụng nguồn sẽ thực hiện

kiểm tra xác thực nếu có và tìm đến tài ngun thích hợp để tạo nội dung trả về
kết quả.
3.
Server trả về kết quả theo định dạng JSON hoặc XML thông qua giao
thức
HTTP/HTTPS.
4.
Tại nơi yêu cầu ban đầu là ứng dụng web hoặc ứng dụng di động , dữ
liệu JSON/XML sẽ được parse để lấy data. Sau khi có được data thì thực hiện
tiếp các hoạt động như lưu dữ liệu xuống Cơ sở dữ liệu, hiển thị dữ liệu…

Ưu và nhược điểm của Web API
Mỗi một ứng dụng bất kỳ đều có những ưu nhược điểm riêng, hỗ trợ tốt cho các ứng
dụng. Vì vậy mà web API cũng khơng ngoại lệ:
1.Ưu điểm
Web API được sử dụng hầu hết trên các ứng dụng desktop, ứng dụng mobile và
ứng dụng website.
Linh hoạt với các định dạng dữ liệu khi trả về client: Json, XML hay định dạng
khác.
Nhanh chóng xây dựng HTTP service: URI, request/response headers, caching,
versioning, content formats và có thể host trong ứng dụng hoặc trên IIS.


22


Mã nguồn mở, hỗ trợ chức năng RESTful đầy đủ, sử dụng bởi bất kì client nào
hỗ trợ XML, Json.
Hỗ trợ đầy đủ các thành phần MVC như: routing, controller, action result,
filter, model binder, IoC container, dependency injection, unit test.

Giao tiếp hai chiều được xác nhận trong các giao dịch, đảm bảo độ tin cậy cao.
2.Nhược điểm
Do web API còn khá mới nên chưa thể đánh giá nhiều về nhược điểm của mơ hình nay.
Tuy nhiên, có hai nhược điểm dễ dàng nhận thấy:
Web API chưa hoàn toàn phải là RESTful service, mới chỉ hỗ trợ mặc định
GET, POST
Để sử dụng hiệu quả cần có kiến thức chuyên sâu, có kinh nghiệm backend
tốt Tốn thời gian và chi phí cho việc phát triển, nâng cấp và vận hành
Có thể gặp vấn đề về bảo mật khi hệ thống bị tấn công nếu không giới hạn điều
kiện kỹ.
2.4 Tổng quan về một số linh kiện được sử dụng trong đề tài.
2.4.1 Arduino nano
Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino.

Hình 2.7: Vi điều khiển Arduino Nano.
Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno do
cùng sử dụng MCU ATmega328P. Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì IC
chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno.
23