ĐỒ án tốt NGHIỆP hệ THỐNG điều KHIỂN và GIÁM sát TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.62 MB, 166 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI
NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN TRỌNG HẢI
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp:
La Nhật Hảo
1511010042
15DDT01
Nguyễn Đình Thuận
1511010031
15DDT01
Nguyễn Đức Duy
1511010015
15DDT01
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2021
0
0
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI
NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN TRỌNG HẢI
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp:
La Nhật Hảo
1511010042
15DDT01
Nguyễn Đình Thuận
1511010031
15DDT01
Nguyễn Đức Duy
1511010015
15DDT01
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2021
0
0
MÃ ĐỀ TÀI: 90
VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU ĐĂNG KÝ
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Hệ: ………………CQ…………. (CQ, LT, B2, VLVH)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1) La Nhật Hảo............................. MSSV: 1511010042 ………Lớp: 15DDT01............
Điện thoại: 0922090323................ Email:
(2) Nguyễn Đình Thuận.................MSSV: 1511010031 ………Lớp: 15DDT01............
Điện thoại: 0364987643................ Email:
(3) Nguyễn Đức Duy..................... MSSV: 1511010015 ……….Lớp: 15DDT01...........
Điện thoại: 0987897209................ Email:
Ngành
: Kỹ thuật điện tử, truyền thông...............................................................
Chuyên ngành : Điện tử viễn thông.................................................................................
2. Tên đề tài đăng ký : Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp
bằng công nghệ IOT..........................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Sinh viên đã hiểu rõ yêu cầu của đề tài và cam kết thực hiện đề tài theo tiến độ
và hoàn thành đúng thời hạn.
TP. HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Sinh viên đăng ký
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Đình Thuận
La Nhật Hảo
Nguyễn Đức Duy
Nguyễn Trọng Hải
0
0
MÃ ĐỀ TÀI: 90
Viện Kỹ thuật Hutech
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh viên.
GVHD chuyển cho SV để nộp về VP Viện.)
1.... Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên
: La Nhật Hảo............MSSV : 1511010042....... Lớp : 15DDT01
Điện thoại
: 0922090323............ Email :
Ngành
: Điện tử - Truyền thông.............................................................................
2.... Tên đề tài: Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp bằng
công nghệ IOT..............................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
3. Nhiệm vụ thực hiện đề tài: .........................................................................................
Kết nối Arduino với các module, các cảm biến, động cơ sử dụng trong hệ thống...........
Giao tiếp Module ESP8266 với Arduino Uno R3.............................................................
Viết chương trình arduino..................................................................................................
Tìm hiểu về cơng nghệ IoT................................................................................................
Tìm hiểu về board Node MCU ESP8266..........................................................................
Kết nối Module ESP8266 với Internet để cập nhật dữ liệu..............................................
TP. HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
La Nhật Hảo
Nguyễn Trọng Hải
0
0
MÃ ĐỀ TÀI: 90
Viện Kỹ thuật Hutech
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh viên.
GVHD chuyển cho SV để nộp về VP Viện.)
1... Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên
: Nguyễn Đình Thuận....MSSV : 1511010031...Lớp : 15DDT01
Điện thoại
: 0364987643............ Email :
Ngành
: Điện tử - Truyền thông.............................................................................
2... Tên đề tài: Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp bằng
công nghệ IOT..............................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
3... Nhiệm vụ thực hiện đề tài: ........................................................................................
Tìm hiểu cách thức hoạt động của các cảm biến sử dụng trong hệ thống........................
Tìm hiểu các chuẩn truyền thơng như UART, I2C,..........................................................
Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng từng khối.........................................................
Tính tốn lựa chọn linh kiện cho từng khối.......................................................................
Tính thiết kế sơ đồ ngun l tồn mạch và giải thích ngun l hoạt động của
mạch...................................................................................................................................
Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm..............................................................................
TP. HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Đình Thuận
Nguyễn Trọng Hải
0
0
MÃ ĐỀ TÀI: 90
Viện Kỹ thuật Hutech
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh viên.
GVHD chuyển cho SV để nộp về VP Viện.)
1... Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên
: Nguyễn Đức Duy.... MSSV : 1511010015....... Lớp : 15DDT01
Điện thoại
: 0987897209............ Email :
Ngành
: Điện tử - Truyền thông.............................................................................
2.. Tên đề tài: Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp bằng
công nghệ IOT..............................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
3..Nhiệm vụ thực hiện đề tài: .........................................................................................
Nghiên cứu xây dựng App Blynk giao tiếp với hệ thống thông qua Wifi........................
Tìm hiểu phương thức gửi dữ liệu từ board mạch chính lên Web và App Blynk............
Thiết kế giao diện App.......................................................................................................
Truyền nhận và gửi giữ liệu lên app Blynk.......................................................................
Thiết kế hồn chỉnh mơ hình thực tế, chạy thử nghiệm và cân chỉnh mơ hình hệ
thống...................................................................................................................................
Thiết kế, đi dây và hồn thiện mơ hình.............................................................................
TP. HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Đức Duy
Nguyễn Trọng Hải
0
0
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 08 năm 2021
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
La Nhật Hảo
Nguyễn Đình Thuận
Nguyễn Đức Duy
i
0
0
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cơ trong trường Đại
học Huetch nói chung và các Thầy/Cơ trong Viện Kỹ Thuật Hutech nói riêng đã
truyền đạt những kiến thức quý báu về các môn đại cương cũng như các môn
chuyên ngành, những buổi thực hành nhiệt tình của các Thầy/Cơ giúp chúng em có
được những kiến thức vững vàng để có tiền đề hồn thành đề tài cũng như trong sự
nghiệp sau này.
Lời tiếp theo, chúng em xin được phép gửi đến Thầy Nguyễn Trọng Hải lòng
biết ơn và lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
tạo điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp.
Cuối cùng, nhóm em cũng xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người
cũng đã hỗ trợ, quan tâm, giúp đỡ và động viên trong suốt q trình học tập cũng
như hồn thành Đồ Án Tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành mục tiêu đề tài
đặt ra nhưng do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu
sót, mong quý Thầy/Cô thông cảm, mong nhận được những ý kiến chân thật và
nhóm sẽ ln học hỏi và khắc phục để có được kết quả tốt nhất.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
ii
0
0
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. ii
MỤC LỤC.................................................................................................................. iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT....................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH..................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG......................................................................................xii
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................... 1
2. Tình hình nghiên cứu..........................................................................................1
3. Mục đích nghiên cứu...........................................................................................2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu.......................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 3
6. Kết quả đạt được.................................................................................................3
7. Kết cấu đồ án tốt nghiệp.....................................................................................3
Chương 1: GIỚI THIỆU........................................................................................... 5
1.1 Nhu cầu công nghệ IoTs trong lĩnh vực trang trại nông nghiệp hiện nay..5
1.1.1 Công nghệ IoTs............................................................................................5
1.1.2 Đáp ứng công nghệ IoTs trong lĩnh vực nông nghiệp..............................7
1.1.3 Hiệu quả mang lại từ việc áp dụng công nghệ IoTs trong nông nghiệp.9
1.2 Nhiệm vụ cần thực hiện nhằm giải quyết vấn đề cho nông nghiệp IoTs.. 11
1.3 Phạm vi giới hạn..............................................................................................11
Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP..................................................................13
2.1 Xu hướng và tính chất của IoT......................................................................13
2.1.1 Sự thơng minh........................................................................................... 13
2.1.2 Kiến trúc dựa trên sự kiện........................................................................ 13
2.1.3 Là một hệ thống phức tạp......................................................................... 13
2.1.4 Kích thước..................................................................................................13
2.1.5 Vấn đề khơng gian, thời gian................................................................... 13
iii
0
0
2.1.6.Luồng năng lượng mới............................................................................. 14
2.2 Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mơ hình IoT........... 14
2.2.1 Chưa có sự chuẩn hóa.............................................................................. 14
2.2.2 Hàng rào subnetwork................................................................................ 15
2.2.3 Chi phí phát triển mạng............................................................................ 15
2.3 Phần cứng và phần mềm của một node mạng trong mơ hình ứng dụng
IoT...........................................................................................................................16
2.3.1 Phần cứng.................................................................................................. 16
2.3.2 Phần mềm.................................................................................................. 16
2.4 Lựa chọn công nghệ truyền thông cho IoT.................................................. 17
2.5 Chuẩn truyền thông Wifi............................................................................... 17
2.6 Giới thiệu một số ứng dụng hệ thống nông nghiệp trong lĩnh vực IoTs...19
2.7 Các giải pháp đưa ra đáp ứng cho hệ thống................................................ 25
2.7.1 Tại sao quản lý nhiệt độ – độ ẩm lại quan trọng...................................25
2.7.2 Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính........................................ 25
2.7.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cây trồng..................................................... 26
2.7.4 Một số phương pháp kiểm sốt trong mơi trường nhà kính............... 28
2.8 Các giải pháp đưa ra áp dụng cho mơ hình đề tài...................................... 29
2.9 Giới thiệu hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp IoTs.30
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT......................................................... 32
3.1 Mơ tả phương pháp........................................................................................ 32
3.2 Phân tích chọn lựa các thiết bị linh kiện phần cứng...................................32
3.2.1 Arduino Uno R3.........................................................................................32
3.2.2 Node MCU ESP8266.................................................................................36
3.2.2 Module DHT22.......................................................................................... 41
3.2.3 Cảm biến khí gas MQ-2............................................................................ 43
3.2.5 Cảm biến ánh sáng CDS........................................................................... 45
3.2.6 Module cảm biến độ ẩm đất...................................................................... 46
3.2.7 Màn hình LCD 20x4................................................................................. 47
3.2.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD................................................................49
3.2.9 Bơm mini 12V............................................................................................ 50
3.2.10 Máy bơm phun mini 12V........................................................................ 51
3.2.11 Led dây 12V 5050.................................................................................... 52
iv
0
0
3.2.12 Quạt tản nhiệt 12V.................................................................................. 53
3.3 Các chuẩn giao tiếp được sử dụng................................................................ 54
3.3.1 Chuẩn One-Wire........................................................................................54
3.3.2 Chuẩn giao tiếp UART..............................................................................55
3.3.3 Chuẩn giao tiếp I2C.................................................................................. 57
3.4 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển..........................................................58
3.5 Phần mềm lập trình cho Websever (Visual Studio Code)..........................61
3.5.1 Giới thiệu....................................................................................................61
3.5.2 Cài đặt phần mềm......................................................................................62
3.6 App Blynk........................................................................................................ 64
3.6.1 Giới thiện Blynk.........................................................................................64
3.6.2 Hệ sinh thái Blynk.....................................................................................64
Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ....................................................................67
4.1 Giới thiệu..........................................................................................................67
4.2 Tính tốn và thiết kế....................................................................................... 67
4.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.....................................................................67
4.2.2 Tính tốn và thiết kế..................................................................................69
4.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.......................................................................81
4.3 Lưu đồ giải thuật.............................................................................................83
4.4 Thiết kế giao diện App blynk.........................................................................85
4.5 Thiết kế giao diện Websever..........................................................................94
Chương 5: THI CÔNG............................................................................................ 98
5.1 Giới thiệu..........................................................................................................98
5.2 Thi công hệ thống............................................................................................98
5.2.1 Thi công mạch xử lý trung tâm và thu phát Wifi.................................... 98
5.2.2 Thi công mạch công suất ngõ ra............................................................ 100
5.2.3 Danh sách các linh kiện..........................................................................101
5.3 Lắp ráp và kiểm tra...................................................................................... 102
5.3.1 Đóng gói bộ điều khiển........................................................................... 104
5.3.2 Thi cơng mơ hình.................................................................................... 106
5.4 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác.................................................. 112
Chương 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN...............................................113
v
0
0
6.1 Kết quả đạt được...........................................................................................113
6.2 Đánh giá kết quả thực tế.............................................................................. 113
6.3 Nhận xét......................................................................................................... 114
6.4 Định hướng phát triển..................................................................................115
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 117
PHỤ LỤC................................................................................................................ 118
vi
0
0
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
SMD: Surface-mount device (Là loại linh kiện dán, khác với Through Hole)
Terminal: Chân cắm ngõ vào, ngõ ra để cấp nguồn hoặc truyền tín hiệu cho mạch
ESP8266: Chip Wifi điều khiển trung tâm của mạch
IP: Internet Protocol
IOT: Internet of Thing
TX và RX: Transmitter và Receiver (Chân truyền và chân nhận tín hiệu)
UART: Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
vii
0
0
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Dự báo thị trường IoT tồn cầu, 2017-2025................................................5
Hình 1.2: Số lượng thiết bị IoT lắp đặt trên tồn cầu từ 2015-2025........................... 6
Hình 1.3: Xu hướng ứng dụng IoTs trong nơng nghiệp.............................................. 7
Hình 1.4: Giám sát các thơng số cây trồng ở trang trại qua Smartphone....................8
Hình 1.5: Một số mơ hình đang được lắp đặt.............................................................. 9
Hình 1.6: Giám sát trang trại nơng nghiệp qua websever......................................... 10
Hình 2.1: Kiến trúc phần cứng của hai đối tượng thông minh được trang bị các loại
thiết bị truyền thông khác nhau..................................................................................16
Hình 2.2: Mơ hình thu phát sóng Wifi....................................................................... 18
Hình 2.3: Nơng nghiệp thơng minh............................................................................20
Hình 2.4: Drones trong nơng nghiệp..........................................................................21
Hình 2.5: Giám sát chăn ni IoTs............................................................................ 22
Hình 2.6: Một số ứng dụng IoTs trong trang trại nơng nghiệp................................. 23
Hình 2.7: Lắp đặt thiết bị cảm biến IoTs................................................................... 23
Hình 2.8: Giám sát thơng số mơi trường ni tơm cá............................................... 24
Hình 2.9: Giám sát đồng ruộng bằng UAV............................................................... 24
Hình 2.10: Hệ thống trồng rau sạch tại nhà............................................................... 25
Hình 2.11: Mơ hình nhà kính..................................................................................... 26
Hình 2.12: Mơ hình tưới cây IoTs..............................................................................30
Hình 2.13: Sơ đồ khối hệ thống................................................................................. 30
Hình 3.1: Arduino Uno R3.........................................................................................35
Hình 3.2: ESP-12E Chip............................................................................................ 37
Hình 3.3: Các nguồn của module NODE MCU ESP8266........................................ 38
Hình 3.4: Nút nhấn và Led trên module NODE MCU ESP8266..............................39
Hình 3.5: Bộ điều khiển CP2102............................................................................... 39
Hình 3.6: Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU...............................................................40
viii
0
0
Hình 3.7: Cảm biến DHT22....................................................................................... 42
Hình 3.8: Hình ảnh thực tế của cảm biến MQ-2........................................................43
Hình 3.9: Hình ảnh thực tế module cảm biến khí Gas MQ-2....................................45
Hình 3.10: Module cảm biến ánh sáng...................................................................... 45
Hình 3.11: Cảm biến độ ẩm đất................................................................................. 47
Hình 3.12: LCD 20x4................................................................................................. 48
Hình 3.13: Sơ đồ chân của LCD 20x4....................................................................... 48
Hình 3.14: Mạch chuyển đổi I2C...............................................................................49
Hình 3.15: Sơ đồ chân mạch chuyển đổi I2C............................................................ 50
Hình 3.16: Bơm 12 VDC............................................................................................51
Hình 3.17: Máy bơm mini 12V..................................................................................51
Hình 3.18: Led dây 12V 5050....................................................................................53
Hình 3.17: Truyền nhận dữ liệu one-wire..................................................................55
Hình 3.18: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ UART........................................... 55
Hình 3.19: Quá trình truyền nhận dữ liệu.................................................................. 56
Hình 3.20: Giao tiếp I2C............................................................................................ 57
Hình 3.21:Giao diện của phần mềm Arduino............................................................ 59
Hình 3.22: Cài đặt thư viện........................................................................................ 60
Hình 3.23: Cài đặt thư viện Boards............................................................................60
Hình 3.24: Cài đặt board ESP8266............................................................................ 61
Hình 3.25: Biểu tượng VSCode................................................................................. 62
Hình 3.26: Giao diện trang Web tải VSCode............................................................ 63
Hình 3.27: Giao diện khởi động VSCode.................................................................. 64
Hình 3.28: Hệ thống App Blynk................................................................................ 65
Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống.............................................................................68
Hình 4.2: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch xử lý trung tâm..............................................70
Hình 4.3: Sơ đồ kết nối Arduino và Node MCU...................................................... 71
Hình 4.4: Sơ đồ kết nối Node MCU và nút nhấn.......................................................72
Hình 4.5: Relay 5V-10A............................................................................................ 73
ix
0
0
Hình 4.6: Diode 1N4007, Opto PC817 và transistor C1815..................................... 74
Hình 4.7: Sơ đồ ngun lý khối cơng suất ngõ ra......................................................76
Hình 4.8: Cảm biến DHT22....................................................................................... 77
Hình 4.9: Sơ đồ kết nối cảm biến DHT22 với Arduino R3.......................................78
Hình 4.10: Sơ đồ kết nối cảm biến ánh sáng............................................................. 79
Hình 4.11: Sơ đồ kết nối giữa LCD và Adruino........................................................80
Hình 4.12: Adapter 5V-2A.........................................................................................81
Hình 4.13: Sơ đồ ngun lý tồn mạch......................................................................82
Hình 4.14: Lưu đồ hoạt động của thiết bị.................................................................. 84
Hình 4.15: Đặt tên cho chương trình giao diện và chọn thiết bị............................... 86
Hình 4.16: Giao diện giám sát các giá trị cảm biến...................................................87
Hình 4.17 : Cài đặt giá trị cảm biến DHT22..............................................................88
Hình 4.18: Cài đặt giá trị cảm biến khí gas và cảm biến ánh sáng............................89
Hình 4.19 : Cài đặt nút nhấn máy bơm nước và đèn................................................. 90
Hình 4.20 : Cài đặt nút nhấn máy phun sương và quạt............................................. 91
Hình 4.21: Giao diện tab 2 điều khiển các thiết bị.................................................... 92
Hình 4.22: Cài đặt biểu đồ và lcd hiển thị các giá trị cảm biến.................................93
Hình 4.23: Giao diện biểu đồ và LCD hiển thị các giá trị cảm biến......................... 94
Hình 4.24: Thiết kế giao diện HTML cho web trên visual studio.............................95
Hình 4.24: Thiết kế chức năng CSS cho web trên visual studio............................... 95
Hình 4.25: Thiết kế các chức năng javaCrip cho Web.............................................. 96
Hình 4.26: Giao diện trang điều khiển trên website.................................................. 96
Hình 4.27: Giao diện trang giám sát trên website......................................................97
Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm và thu phát Wifi.......................... 99
Hình 5.2: Sơ đồ mạch in PCB layout.........................................................................99
Hình 5.3: Sơ đồ bố trí linh kiện 3D..........................................................................100
Hình 5.4: Sơ đồ ngun lý khối cơng suất ngõ ra....................................................100
Hình 5.5: Sơ đồ mạch in PCB layout.......................................................................101
Hình 5.6: Sơ đồ bố trí linh kiện 3D..........................................................................101
x
0
0
Hình 5.7: Hình ảnh thực tế mạch xử lý trung tâm và thu phát wifi.........................103
Hình 5.8: Mạch thực tế khối cơng suất ngõ ra.........................................................103
Hình 5.9: Mạch thực tế sau khi láp ráp.................................................................... 104
Hình 5.10: Hình ảnh mạch bên trong tủ điện...........................................................105
Hình 5.11: Hình ảnh tủ điện phía mặt bên ngồi.....................................................105
Hình 5.12: Mơ phỏng vị trí đặt bộ điều khiển......................................................... 106
Hình 5.13: Mặt bên tủ thệ thống.............................................................................. 106
Hình 5.14: Hình ảnh mơ phỏng mặt bên mơ hình................................................... 107
Hình 5.15: Hình ảnh mơ phỏng mặt trướt mơ hình................................................. 107
Hình 5.16: Hình ảnh mơ phỏng mặt sau mơ hình....................................................108
Hình 5.17: Lắp đặt cảm biến khí cháy MQ2............................................................108
Hình 5.18: Lắp đặt cảm biến ánh sáng.....................................................................109
Hình 5.19: Lắp đặt cảm biến độ ẩm đất................................................................... 109
Hình 5.20: Lắp đặt cảm biến nhiệt độ, độ ẩm..........................................................110
Hình 5.21: Lắp đặt vị trí quạt hút.............................................................................110
Hình 5.22: Lắp đặt vị trí quạt thổi............................................................................111
Hình 5.23: Lắp đặt vị trí đèn LED........................................................................... 111
Hình 5.24: Lắp đặt vị trí máy bơm...........................................................................112
xi
0
0
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng so sánh các công nghệ truyền thông................................................ 17
Bảng 3.1: Một vài thông số lựa chọn Arduino trong các board Arduino phổ biến...33
Bảng 3.2: Thông số Arduino Uno R3........................................................................ 34
Bảng 3.3: Thông số kĩ thuật của Node MCU ESP8266............................................ 40
Bảng 3.4: Chức năng các chân của module NODE MCU ESP8266........................ 41
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật DHT22.........................................................................42
Bảng 3.6: Thơng số kỹ thuật cảm biến khí gas MQ-2............................................... 44
Bảng 4.1: Kết nối Arduino UNO R3 với module ESP8266 NodeMCU...................71
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật Relay............................................................................73
Bảng 6.1: Bảng thực nghiệm kết quả chạy thực tế.................................................. 114
xii
0
0
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lịch sử hình thành và phát triển của Việt Nam, nơng nghiệp ln là
ngành kinh tế có vị trí quan trọng với khoảng 70% dân số làm nơng nghiệp, vì vậy
nơng nghiệp sẽ là mảnh đất đầy tiềm năng cho các doanh nghiệp cơng nghệ.
Ngành nơng nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia tăng
hiệu quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng cơng nghệ mới vào hoạt động
sản xuất, canh tác. Thật hiếm khi thấy lĩnh vực nông nghiệp đưa ra những phát kiến
về công nghệ, nhưng chính nơng nghiệp thường đi đầu trong việc áp dụng công
nghệ mới trên cánh đồng. Tỷ lệ ứng dụng công nghệ trong nông nghiệp ngày càng
tăng là điều khơng q bất ngờ cho bất kỳ ai.
Hiện có khơng ít các nhà đầu tư đã và đang nghiên cứu phát triển đưa IoT
nông nghiệp vào trong sản xuất. Các ứng dụng của nông nghiệp thông minh dựa
trên IoT không chỉ nhắm vào các hoạt động nông nghiệp thông thường mà còn là
đòn bẩy để nâng cao các xu hướng phát triển khác trong nông nghiệp như canh tác
hữu cơ, canh tác gia đình và tăng cường tính minh bạch trong nông nghiệp.
Trong những năm gần đây, việc triển khai cơng nghệ IoT đã là chìa khóa
trong việc tự động hóa ngành nơng nghiệp và tối đa hóa sản xuất cho dân số ngày
càng tăng của chúng ta. Mặc dù việc áp dụng công nghệ IoT trong ngành nông
nghiệp vẫn cịn trong giai đoạn đầu tư mới (greenfield), nhưng nó đã tạo ra một tác
động lớn thông qua việc tự động hóa các quy trình canh tác hàng ngày và giảm chi
phí lao động. Điều này đạt được bằng cách sử dụng dữ liệu lớn thu thập từ công
nghệ IoT để giúp ra quyết định tức thì hoặc trong tương lai đối với mọi vấn đề, từ
những tỉ lệ khác nhau cho khu vực khác nhau, cho đến thời điểm nào là tốt nhất để
sử dụng hóa chất, phân bón hoặc hạt giống.
2. Tình hình nghiên cứu
Hệ thống bao gồm 5 bộ hạng mục chính: thiết bị giám sát các cảm biến đo
thông số nhiệt độ, độ ẩm đất, không khí, ánh sáng; nền tảng đám mây nhận các dữ
liệu thiết bị giám sát gửi về; phần mềm quản lý tưới chính xác; ứng dụng trên thiết
1
0
0
bị đầu cuối để người dùng tự điều khiển việc tưới nước; bộ điều khiển nhận dữ liệu
để bơm nước. Nhờ những công nghệ hiện đại trên, trang trại đã đảm bảo việc tiết
kiệm nước tưới từ 30% – 50%, nhưng vẫn duy trì độ ẩm cho tồn bộ cây trồng ở
mức 60%, cây trồng phát triển tốt hơn rõ rệt.
Tất cả thông tin liên quan đến cây trồng ở trang trại đều được quản lý và điều
khiển qua điện thoại thông minh, việc này giúp cho quản lý cây trồng trở nên dễ
dàng, tiện lợi hơn cho dù bạn ở bất kỳ nơi đâu. Căn cứ từ những thông số được gửi
về, người quản lý có thể tự ý điều chỉnh sự chăm sóc theo nhu cầu của cây trồng
bao gồm cả thời gian tưới nước, tưới phun hay nhỏ giọt…
Tồn bộ cơng việc xem xét nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng cho cây trồng đều được
thực hiện tự động thơng qua các chíp cảm biến. Từ đó, người nơng dân có thể lập kế
hoạch, tính tốn chi phí, doanh thu từng mùa vụ chính xác trên các thiết bị thông
minh. Nhờ vậy, sản lượng dưa lưới đã tăng 10%, chất lượng dưa đồng đều hơn so
với phương pháp trồng truyền thống. Khả năng lưu trữ Iot tiện lợi hơn các thiết bị
thông thường là do khả năng lưu trữ lớn và theo dõi thông tin thu nhập trên các thiết
bị điện thử như Laptop/ PC/ Di động. Tùy vào các mục đích khác nhau thì được sử
dụng với những nhu cầu khác nhau. Iot trong Nông nghiệp thường sẽ được áp dụng
triển khai cho các ứng dụng : tưới, phân bón, theo dõi nhiệt độ, đo độ ẩm của khu
vực chỉ định, các số liệu sẽ được thu nhập thông qua Internet sẽ truyền tải tới di
động của bạn kết quả nhanh nhất.
3. Mục đích nghiên cứu
Chúng tơi đã cho ra được một giải pháp toàn diện cho nhà nơng với mức giá
vơ cùng phải chăng. Từ đó giúp 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 sản
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu cách thức hoạt động của các mơ hình nhà IoT.
2
0
0
Tìm hiểu các chuẩn truyền thơng như UART, I2C, One-Wire.
Tìm hiểu về Board mạch Arduino Nano V3 và module ESP8266 Node MCU
Thiết kế giao diện để điều khiển và giám sát: Web server, App android.
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển gồm các chế độ: Manual, Auto
thông qua app và web.
Thiết kế và thi cơng mơ hình vườn kính có các chức năng thơng minh
Viết chương trình điều khiển cho Arduino và ESP8266, nạp code và chạy thử
nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống.
5. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên những nhu cầu thực tế hiện nay, chúng tôi đi khảo sát và nhận thấy
nhu cầu đang về lĩnh vực nông nghiệp đang tăng lên và số lượng người dùng truy
cập qua mạng lưới wifi từ smartphone và máy tính đang thịnh thành vì vậy chúng
tơi nghiên cứu phát triển App trên smart phone thông quan app blynk và websever
để truy cập website từ các thiết bị khác. Để thực hiện q trình này chúng tơi sử
dụng công cụ visual studio để viết web và app blynk để xây dựng, lập trình arduino
cho thiết bị phần cứng, kết nối các thiết bị cảm biến với nhau thành một thệ thống
hoàn chỉnh
6. Kết quả đạt được
Hệ thống website quản lý giá trị nhiệt độ, độ ẩm dễ sử dụng, đáp ứng nhu cầu
thực tiễn
Cập nhật dữ liệu lên website thành công
Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm trên màn hình LCD và trên app, website
Hệ thống website điều khiển thiết bị dễ sử dụng, tiện lợi, đáp ứng nhu cầu cơ
bản về sử dụng thiết bị của người dùng
Các cảm biến hoạt động khá ổn định, sai số tương đối không quá 2%
Module Wifi ESP 8266 V1 hoạt động tốt nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu vàbắt
Wifi
7. Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Nội dung đề tài bao gồm các chương:
3
0
0
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan giải pháp
Chương 3: Phương pháp giải quyết
Chương 4: Quy trình thiết kế
Chương 5: Thi công sản phẩm
Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
4
0
0
Chương 1:
GIỚI THIỆU
1.1 Nhu cầu công nghệ IoTs trong lĩnh vực trang trại nông nghiệp hiện nay
1.1.1 Công nghệ IoTs
IoT – Internet of things hay vạn vật kết nối Internet: là một hệ thống các thiết
bị cơng nghệ có liên quan đến nhau, mọi vật được kết nối với nhau dựa trên giao
thức chung là mạng Internet. Việc đầu tư cho IoT đã, đang và vẫn sẽ tiếp tục được
tăng mạnh. Thị trường IoT tồn cầu ước tính đạt 1.567 tỷ USD vào năm 2025, tăng
từ 110 tỷ USD năm 2017, với tốc độ tỷ lệ tăng trưởng hàng năm kép (CAGR) là
39% từ năm 2017 đến năm 2025 (Hình 1.1).
Hình 1.1: Dự báo thị trường IoT tồn cầu, 2017-2025
Nghiên cứu của Business Insider dự đoán rằng đến năm 2023 sẽ có 12 triệu
thiết bị cảm biến nơng nghiệp được lắp trên tồn cầu.Thị trường nơng nghiệp thơng
minh tồn cầu dự đoán sẽ đạt 15.344 triệu USD vào cuối năm 2025, tăng gấp 3 lần
so với năm 2016 (5.098 triệu USD) và tăng trưởng với tốc độ CAGR trên 13,09% từ
năm 2017 đến 2025.
5
0
0
Hình 1.2: Số lượng thiết bị IoT lắp đặt trên tồn cầu từ 2015-2025
Từ đó tạo thành mạng lưới làm việc thơng minh và có khả năng lưu trữ thơng
tin và sử dụng thơng tin đó và các mục đích khác nhau tùy nhu cầu. Ví dụ như với
hệ thống IoT cho nơng nghiệp, nó được sử dụng để các thiết bị trong vườn (hệ
thống tưới, rèm, phân bón) hoạt động một cách tự động theo số liệu được thu thập.
Điều này có nghĩa chúng ta cho những thiết bị kỹ thuật một trí thơng minh
nhân tạo. Để từ đó chúng giao tiếp với nhau và hoạt động mà không cần sự can
thiệp của con người.
IoT có khả năng ứng dụng rộng vơ cùng, có thể kể ra như sau:
Quản lý thiết bị cá nhân
Quản lý vườn nông sản
Nhà thông minh
Mua sắm thơng minh
Các tịa nhà tự động hóa
…
IoT giúp cho mọi việc trở nên nhanh chóng, tiện lợi và thơng minh hơn. Ứng
dụng IoT con người có thể làm được những việc cần độ chính xác và tính tốn rất
cao, lưu trữ và cung cấp thông tin liên tục mà khơng cần con người can thiệp. Ngồi
ra hệ thống IoT cịn có thể phân tích được rất nhiều chỉ số cùng lúc và từ đó đưa ra
hướng giải quyết tốt nhất cho một vấn đề nào đó. Ngồi ra cũng tiết kiệm được rất
nhiều nhân lực trong quá trình vận hành và quản lý. Và một trong những vấn đề mà
6
0
0
nhóm muốn nói đến ở đây chính là áp dụng IoT trong nông nghiệp rộng hơn là nông
nghiệp thông minh.
1.1.2 Đáp ứng công nghệ IoTs trong lĩnh vực nông nghiệp
Nhiều nông dân Việt Nam quen với kiểu canh tác sản xuất theo kinh nghiệm
cảm tính “trơng trời, trơng đất, trơng mây, trông mưa, trông nắng, trông ngày, trông
đêm”. Hiện nay trong hoàn cảnh thời tiết thường xuyên thay đổi đột ngột do tác
động của biến đổi khí hậu, thì nơng dân khó mà có thể ứng phó kịp thời với sự thay
đổi đó.
Hình 1.3: Xu hướng ứng dụng IoTs trong nông nghiệp
Nhưng với IoT vấn đề này sẽ được giải quyết rất dễ dàng. Từ các cảm biến
được đặt hợp lý trong khu vườn, nông trại. Cảm biến sẽ thu thập các chỉ số của môi
trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,…) một cách liên tục và gửi dữ liệu đó về các bộ
vi xử lý để vận hành hệ thống tưới, làm mát, chiếu sáng,... đảm bảo phù hợp cho
cây trồng.
7
0
0
