(Đồ án hcmute) hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ iot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP
BẰNG CÔNG NGHỆ IOT

GVHD: TRẦN THANH MAI
SVTH : NGUYỄN QUỐC THÀNH
MSSV: 13141312

SKL 0 0 5 2 9 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2018

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP
BẰNG CÔNG NGHỆ IOT
GVHD : Ths Trần Thanh Mai
SVTH

: Nguyễn Quốc Thành

MSSV

: 13141312

Tp. Hồ Chí Minh – 7/2018

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG
NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT
GVHD : Ths Trần Thanh Mai

SVTH : Nguyễn Quốc Thành
MSSV : 13141312

Tp. Hồ Chí Minh – 7/2018

do an


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
I. TÊN ĐỀ TÀI:

Nguyễn Quốc Thành
Võ Đình Khải
Điện tử cơng nghiệp
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141312

MSSV: 13141137
Mã ngành: 01
Mã hệ:
1
Lớp:
13141DT3A

HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP
BẰNG CÔNG NGHỆ IOT

II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Mơ hình cần kiểm tra là hệ thống giám sát nơng nghiệp có ứng dụng cơng nghệ
IOT có đặc tính sau:
- Kích thước :90 cm x 60cm x 50cm
- Chất liệu : Sắt, mica.
2. Nội dung thực hiện:
Nội dung 1: Tìm hiểu, lựa chọn cái giải pháp, linh kiện sử dụng để giải quyết yêu
cầu đặt ra.
Nội dung 2: Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thống.
Nội dung 3: Tính tốn, thiết kế các khối chức năng của hệ thống.
Nội dung 4: Vận hành thử nghiệm và hiệu chỉnh lỗi.
Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
23/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS.GVC Trần Thanh Mai
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii

do an


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quốc Thành
Lớp:
13141DT1A
MSSV: 13141312
Họ tên sinh viên 2: Võ Đình Khải
Lớp:
13141DT3A
MSSV: 13141137
Tên đề tài:
HỆ THỐNG GIÁM SÁT NƠNG NGHIỆP
BẰNG CÔNG NGHỆ IOT

Tuần

Nội dung

Xác nhận GVHD

Tuần 1

Gặp GVHD, nhận đề tài.

Tuần 2

Viết đề cương.

Tuần 3

Tìm hiểu các giải pháp cho đề tài.

Tuần 4

Tiến hành thiết kế sơ đồ khối.

Tuần 5

Tìm hiểu về Adruino Mega 2560.

Tuần 6

Tìm hiểu về ESP8266 nodeMCU.

Tuần 7

Tìm hiểu về cảm biến ánh sáng và cảm biến độ
ẩm đất.

Tuần 8

Tìm hiểu về module cảm biến nhiệt độ độ ẩm đất
DHT11.

Tuần 9

Tìm hiểu về mạch cầu H L298.

Tuần 10

Tìm hiểu về LCD 16x2.

Tuần 11

Thiết kế, thi cơng phần cứng.

Tuần 12

Vẽ lưu đồ giải thuật và viết chương trình.

Tuần 13

Chạy thử nghiệm, kiểm tra, hiệu chỉnh mơ hình.

Tuần 14

Viết báo cáo.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
iii

do an


do an


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là cơng trình nghiên cứu do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài
liệu trước đó và khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Võ Đình Khải
Nguyễn Quốc Thành

iv

do an


LỜI CẢM ƠN
Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Trần Thanh Mai _ Giảng viên bộ
môn Điện Tử Cơng Nghiệp – Y Sinh, đã tận tình giúp đỡ chúng em trong lựa chọn
đề tài cũng như trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án
cũng đã xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự hỗ trợ và góp ý của Cơ nên
nhóm đã hồn thành được đồ án. Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn Cơ.

Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP.HCM, em đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ Thầy Cô và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, những người đã
truyền lại cho em rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý báu, những sự giúp đỡ ấy
đã tiếp thêm động lực cho em vững bước trên con đường mình đã chọn. Và đặc biệt
đặc biệt là Thầy, Cô khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cũng
như tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm em hồn thành đề tài.
Nhóm cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 13141DT đã chia sẻ trao đổi
kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn cha mẹ, anh chị những người đã luôn động viên và tạo những điều
kiện tốt nhất trong cuộc sống, trong học tập cũng như trong q trình thực hiện và
hồn thành đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Võ Đình Khải
Nguyễn Quốc Thành

v

do an


MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii
Lịch trình ..................................................................................................................... iii
Cam đoan .................................................................................................................... iv
Lời cảm ơn .................................................................................................................... v
Mục lục ........................................................................................................................ vi

Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. ix
Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................. xi
Tóm tắt ....................................................................................................................... xii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 1
1.1 Đặt vấn đề............................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu.................................................................................................................. 2
1.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 2
1.4 Giới hạn .................................................................................................................. 2
1.5 Bố cục ..................................................................................................................... 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5
2.1 Ứng dụng của IOT trong nông nghiệp ................................................................... 5
2.1.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 5
2.1.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IOT ..................... 6
2.2 Các chuẩn truyền dữ liệu, chuẩn kết nối ................................................................ 7
2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................ 7
2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C..................................................................................... 9
2.2.3 Giao thức truyền dữ liệu bằng Bluetooth .................................................. 11
2.2.4 Giao thức MQTT ....................................................................................... 12
2.2.5 Logic Mờ ................................................................................................... 13
2.3 Giới thiệu phần cứng ............................................................................................ 13
2.3.1 Board Adruino Mega 2560 ........................................................................ 13
vi

do an


2.3.2 LCD 16x2 .................................................................................................. 16
2.3.3 Module giao tiếp Wifi ESP8266 node MCU ............................................ 25

2.3.4 Mạch cầu H L298N ................................................................................... 27
2.3.5 Module LDC I2C ...................................................................................... 29
2.3.6 Module Bluetooth HC05 ........................................................................... 30
2.3.7 Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 ............................................ 31
2.3.8 Module cảm biến ánh sáng ........................................................................ 32
2.3.9 Module cảm biến độ ẩm đất ...................................................................... 33

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ................................................. 35
3.1 Giới thiệu .............................................................................................................. 35
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống .............................................................................. 35
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống ............................................................... 35
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch ......................................................................... 36
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................ 45

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................ 46
4.1 Giới thiệu. ............................................................................................................ 46
4.2 Thi công hệ thống ................................................................................................. 46
4.2.1 Thi công bo mạch ...................................................................................... 46
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .................................................................................... 49
4.3 Thi cơng mơ hình ................................................................................................. 50
4.4 Lập trình hệ thống ................................................................................................ 53
4.4.1 Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 53
4.2.2 Phần mềm lập trình ................................................................................... 56

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................... 68
5.1 Kết quả ................................................................................................................ 68
5.1.1 Nội dung .................................................................................................... 68
5.1.2 Kết quả nghiên cứu.................................................................................... 68
5.2 Nhận xét ............................................................................................................... 71
vii

do an


5.3 Đánh giá ............................................................................................................... 71

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................. 72
6.1 Kết luận ................................................................................................................ 72
6.2 Hướng phát triển .................................................................................................. 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 74
PHỤ LỤC ......................................................................................................... 75

viii

do an


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Minh hoa về ứng dụng IOT trong nơng nghiệp ............................................ 5
Hình 2.2: Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT................................................. 7
Hình 2.3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ............................................................. 7
Hình 2.4: Khung truyền dữ liệu trong chế độ bất đồng bộ ........................................... 8
Hình 2.5: Sơ đồ giao tiếp theo chuẩn I2C ..................................................................... 10
Hình 2.6: Board Adruino Mega 2560 ........................................................................... 14
Hình 2.7: Sơ đồ chân của ATmega2560 ....................................................................... 15

Hình 2.8: Hình dạng, sơ đồ chân của LCD 16x2 .......................................................... 17
Hình 2.9: Bảng mã kí tự LCD ....................................................................................... 20
Hình 2.10: Hình ảnh ESP8266 ngồi thực tế ................................................................ 26
Hình 2.11: Sơ đồ chân của ESP8266 ............................................................................ 26
Hình 2.12: Module L298N trong thực tế ...................................................................... 28
Hình 2.13: Hình ảnh Module LCD I2C ngồi thực tế .................................................. 30
Hình 2.14: Module Bluetooth HC05 ngồi thực tế ....................................................... 31
Hình 2.15: Hình ảnh DHT11 ngồi thực tế ................................................................. 32
Hình 2.16: Module cảm biến ánh sáng ngồi thực tế .................................................... 33
Hình 2.17: Module cảm biến độ ẩm đất ngoài thực tế .................................................. 34
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 35
Hình 3.2: Khối điều khiển ............................................................................................. 36
Hình 3.3: Khối hiển thị bằng LCD 16x2 ....................................................................... 38
Hình 3.4: Giao diện Web .............................................................................................. 39
Hình 3.5: Mạch nguồn cho board điều khiển ............................................................... 41
Hình 3.6: Sơ đồ khối của L298 ........................................................................................ 42
Hình 3.7: Thơng số đầu vào của L298 ......................................................................... 42
Hình 3.8: Motor bơm nước 12VDC .............................................................................. 43
Hình 3.9: Đèn led tuýp 12VDC..................................................................................... 43
Hình 3.10: Quạt tản nhiệt 12VDC................................................................................. 43
Hình 3.11: Motor phun sương 12VDC ......................................................................... 43
Hình 3.12: Sơ đồ ngun lý tồn mạch ......................................................................... 44
Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của hệ thống. ......................................................................... 46
Hình 4.2: Sơ đồ bố trí linh kiện của hệ thống ............................................................... 47
Hình 4.3: Sơ đồ mạch in của khối nguồn ...................................................................... 48
ix

do an

Hình 4.4: Sơ đồ bố trí linh kiện của khối nguồn ........................................................... 48
Hình 4.5: Sơ đồ bố trí linh kiện của hệ thống ngồi thực tế ......................................... 50
Hình 4.6: Bộ điều khiển hệ thống ................................................................................. 51
Hình 4.7: Nguồn cung cấp ............................................................................................ 51
Hình 4.8: Mơ hình thi cơng sau khi hồn chỉnh ............................................................ 51
Hình 4.9: Mặt sau mơ hình ............................................................................................ 52
Hình 4.10: LCD gắn trên cửa bộ điều khiển ................................................................ 53
Hình 4.11: Giao diện phần mềm lập trình Arduino ..................................................... 56
Hình 4.12: Download phần mềm Arduino ................................................................... 57
Hình 4.13: Giải nén file ................................................................................................ 57
Hình 4.14: Nhấn next để tiếp tục .................................................................................. 58
Hình 4.15: Xác nhận cài đặt ......................................................................................... 58
Hình 4.16: Cài thành cơng, nhấn finish để thốt ........................................................... 59
Hình 4.17: Các vùng cơ bản .......................................................................................... 59
Hình 4.18: Lựa chọn board Arduino phù hợp ............................................................... 60
Hình 4.19: Lựa chọn cổng COM ................................................................................... 61
Hình 4.20: Giao diện Visual Studio Code ..................................................................... 65
Hình 4.21: Giao diện quản lý Project ............................................................................ 66
Hình 4.22: Giao diện thiết kế (Design) ........................................................................ 66
Hình 4.23: Giao diện lập trình (Block) ........................................................................ 67
Hình 5.1: Giao diện điều khiển ..................................................................................... 69
Hình 5.2: Quy trình truyền dữ liệu cảm biến lên web ...................................................... 69
Hình 5.3: Quy trình truyền dữ liệu từ web đến các thiết bị ngoại vi ............................ 69
Hình 5.4: Giao diện của ứng dụng ...................................................................................... 70
Hình 5.5: Quy trình truyền dữ liệu cảm biến lên App trên điện thoại .......................... 70
Hình 5.6: Quy trình truyền dữ liệu từ App đến các thiết bị ngoại vi .............................. 70

x

do an

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Thơng số chính của board Arduino Mega 2560 ............................................. 14
Bảng 2.2: Chức năng các chân của LCD ....................................................................... 17
Bảng 2.3: Chức năng chân RS và R/W của LCD 16x2 .................................................. 19
Bảng 2.4: Tập lệnh của LCD.......................................................................................... 21
Bảng 2.5: Đặc tính điện của LCD .................................................................................. 24
Bảng 2.6: Đặc tính điện làm việc điển hình của LCD ................................................... 25
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của ESP8266 ..................................................................... 27
Bảng 2.8: Sơ đồ nối dây động cơ bước với mạch cầu H L298N ................................... 29
Bảng 3.1: Chức năng chân của Module cảm biến độ ẩm đất ......................................... 38
Bảng 3.2: Chức năng chân của Module cảm biến ánh sáng .......................................... 39
Bảng 3.3: Chức năng chân của LCD 16x2 ..................................................................... 40
Bảng 3.4: Danh sách linh kiện với nguồn và dòng sử dụng tương ứng ......................... 41
Bảng 4.1: Danh sách linh kiện sử dụng.......................................................................... 49

xi

do an


TĨM TẮT

Hiện nay, khoa học cơng nghệ ngày càng đạt được những thành tựu to lớn, kéo
theo đó là sự phát triển vượt bậc trong các ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ

thuật. Đối với một nước mà nền nơng nghiệp cịn chiếm vai trị to lớn trong nền
kinh tế thì việc ứng dụng khoa học cơng nghệ là điều cấp thiết và cần được mở
rộng. Nhằm giải quyết vấn đề này, nhờ sự giúp sức của tiến bộ về khoa học kỹ
thuật, các hệ thống giám sát, xử lý, cung ứng quá trình sản xuất…. ngày càng hiện
đại đã được đưa vào nông nghiệp và đặc biệt là các ứng dụng của cơng nghệ IOT đã
góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức
lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với mong muốn nghiên
cứu và tạo ra một hệ thống giám sát nông nghiệp tiện ích sử dụng cơng nghệ IOT,
nhóm quyết định chọn đề tài: “Hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ
IOT”.
Phương pháp thực hiện là dùng Adruino Mega 2560 xây dựng thành một khối
điều khiển trung tâm, dùng các module cảm biến: ánh sáng, độ ẩm đất, nhiệt độ và
độ ẩm khơng khí thu thập dữ liệu từ mơi trường canh tác gửi về Adruino Mega
2560, từ đó so sánh với thông số đã cài đặt trước Adruino Mega 2560 sẽ điều khiển
các thiết bị ngoại vi: máy bơm nước, máy phun sương, đèn, quạt tản nhiệt. Bên cạnh
đó Adruino Mega 2560 sẽ gửi dữ liệu lên ứng dụng Android thông qua module HC05 điều khiển phạm vi gần và Web thông qua ESP8266 để điều khiển hệ thống từ
xa.
Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu phương thức giao tiếp giữa Adruino
Mega 2560 với các cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ và độ
ẩm khơng khí, ESP8266 Node MCU, HC-05. Mơ hình nhỏ gọn, bố trí linh kiện hợp
lí, dễ quan sát, sử dụng, đảm bảo tính an tồn và thẩm mỹ.

xii

do an


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

Chƣơng 1. TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1.

Nông nghiệp luôn là vấn đề trọng yếu của mỗi quốc gia trong việc bảo đảm an
ninh lương thực, nó là một trong hai ngành sản xuất vật chất quan trọng của nền
kinh tế. Là khu vực sản xuất chủ yếu, đảm bảo đời sống cho xã hội, là thị trường
rộng lớn cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm của nền kinh tế và tích lũy cho
cơng nghiệp. Việt Nam hiện nay vẫn còn là một nước sản xuất chủ yếu về nông
nghiệp với trên 75% dân số cả nước tập trung sống ở vùng nông thôn, lao động
nông nghiệp chiếm trên 80% lao động nông thôn và trên 70% lao động trong toàn
xã hội.
Ngày nay, nước ta đang hướng tới xây dựng một nền cơng nghiệp phát triển,
điều đó mang lại nhiều lợi ích cho đất nước nhưng cũng kèm theo nhiều hệ lụy, đặc
biệt là ô nhiễm môi trường, một trong những mảng chịu thiệt hại rất lớn từ vấn đề
trên chính là ngành nơng nghiệp. Bên cạnh đó, trong nhiều năm qua, sản xuất nơng
nghiệp ở Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn do các hiện tượng thời tiết cực đoan
ngày càng diễn biến phức tạp do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tồn cầu, làm ảnh
hưởng to lớn đến năng suất cũng như chất lượng các sản phẩm từ nơng nghiệp.
Cùng với đó, việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp, dịch
vu, đã làm giảm đáng kể nhân lực trong nông nghiệp, và theo nhiều dự báo số lượng
này sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới, điều này đưa tới những bài toán cho
việc giải quyết vấn đề nhân lực trong các ngành nơng nghiệp.
Chính vì vậy, việc tìm kiếm những giải pháp mới để ổn định và nâng cao chất
lượng sản phẩm, năng suất thu hoạch trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà nước trong
những năm qua. Do đó, những ứng dụng cơng nghệ được đưa vào trong việc chăm
sóc, thu hoạch trong nơng nghiệp để khắc phục vấn đề thiên tai, môi trường, cũng
như tiết kiệm nhân lực, đồng thời gia tăng năng suất cây trồng, đơn giản hóa việc
quản lý.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

do an

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Một trong những ứng dụng công nghệ nổi bật được đưa vào trong nông nghiệp
trong những năm gần đây là Internet of thing ( viết tắt là IOT) đã và đang đem lại
nhiều kết quả thành công, dần dần được áp dụng và phổ biến trên nhiều diện tích
canh tác nơng nghiệp, vì vậy chúng em chọn đề tài “ hệ thống giám sát nông nghiệp
công nghệ IOT” nhằm có hiểu biết thêm về tác động của công nghệ tới khả năng
phát triển của cây trồng, cũng như quản lý của người điều khiển, bên cạnh đó là
nghiên cứu thêm về các ứng dụng công nghệ điện tử được đưa vào.

1.2.

MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là xây dựng được một hệ thống IoT trong nông nghiệp có

khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm (thơng qua các cảm biến), ổn định điều kiện môi
trường (thông qua bơm nước, quạt và phun sương). Hệ thống này cho phép thực
hiện các thao tác giám sát – điều khiển trên một trang web thông qua WiFi và một
ứng dụng Android.

1.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Giao tiếp giữa Arduino với các cảm biến, điều khiển các thiết bị
xoay chiều, hiển thị giá trị cảm biến và trạng thái các thiết bị xoay chiều lên
LCD 16x2.
 NỘI DUNG 2: Thiết kế website dựa trên nền tảng Node.js, HTML để thực hiện
quá trình truyền – nhận dữ liệu cho hệ thống thông qua module thu – phát WiFi
Esp8266 Node MCU.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế ứng dụng chạy trên điện thoại có hệ điều hành Android.
Gửi giá trị của cảm biến và trạng thái các ngõ ra lên ứng dụng thông qua module
Bluetooth HC05.
 NỘI DUNG 4: Liên kết và đồng bộ hoá dữ liệu giữa ứng dụng và website.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế phần cài đặt loại cây trồng trên website. Cập nhật các
thông số giới hạn để có thể điều khiển hệ thống ở hai chế độ: tự động và bằng
tay.
 NỘI DUNG 6: Thiết kế – thi công mạch điều khiển.
 NỘI DUNG 7: Thiết kế – thi cơng mơ hình trồng rau trong nơng nghiệp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
 NỘI DUNG 8: Nhận xét – đánh giá kết quả thực hiện. Hồn thiện mơ hình.
 NỘI DUNG 9:Hoàn thành luận văn.

1.4.

GIỚI HẠN

Đề tài HỆ THỐNG GIÁM SÁT NƠNG NGHIỆP BẰNG CƠNG NGHỆ IOT gồm:
 Kích thước của Mơ hình thi cơng Hệ thống giám sát nông nghiệp
bằng công nghệ IOT: dài 90cm, cao 50cm, rộng 40cm.
 Sử dụng 3 module cảm biến : module cảm biến ánh sáng, module cảm
biện độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí để truyền dữ liệu
môi trường của đối tượng canh tác vào bộ điều khiển trung tâm.
 Một Adruino Mega 2560 đóng vai trị làm bộ điều khiển trung tâm.

 Dữ liệu của ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm được hiện trên LCD 16x2.
1.5.

BỐ CỤC
 Chƣơng 1: Tổng Quan
Trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên

cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Trình bày các lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện
thiết kế, thi công cho đề tài.
 Chƣơng 3: Thiết Kế và Tính Tóan
Trình bày tổng quan các yêu cầu của để tài về thiết kế và các tính tốn hệ
thống bao gồm sơ đồ ngun lý toàn mạch và của từng phần của hệ thống.
 Chƣơng 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Trình bày kết quả thi cơng phần cứng và kết quả hình ảnh trên màn hình hay
mơ phỏng tín hiệu, kết quả thống kê.
 Chƣơng 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài bao gồm thời gian
nghiên cứu, kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá về đề tài và tính ứng dụng của đề
tài trong thực tiễn.
 Chƣơng 6: Kết luận và hướng phát triển

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Trình bày kết quả đạt được so với mục tiêu đề ra ban đầu, nhận xét và đánh
giá kết quả đạt được của đề tài nghiên cứu. Hướng phát triển của đề tài sau này
trong quá trình nghiên cứu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

4


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP

2.1.1 Giới thiệu
Từ khi lần đầu được giới thiệu cách đây gần 20 năm, cho tới hiện nay các ứng
dụng IOT là một trong những mảng công nghệ phát triển nhất trong cuộc cách mạng
công nghiệp 4.0, nó xuất hiện và tác động tích cực tới từng ngành, từng lĩnh vực

trong đó có ngành nơng nghiệp.Ứng dụng IOT trong nơng nghiệp góp phần tạo nên
một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng
năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải
thiện bộ mặt cho cho nền nông nghiệp trong tương lai gần.

Hình 2.1 Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp.

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IOT
Kiến trúc của IOT gồm bốn thành phần cơ bản chính gồm: Vạn vật (Things),
Trạm kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng (Internet) và cuối cùng là lớp dịch vụ
(Service). [1]
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

5


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Vạn vật (Things): Ngày nay có vơ vàn vật dụng đang hiện hữu trong
cuộc sống, ở trên các khu canh tác, ở trong nhà hoặc trên chính các thiết bị lưu
động của người dùng. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng
lọc, kết nối và quản lý dữ liệu của đối tượng nơng nghiệp một cách cục bộ,
cịn các thiết bị chưa thơng minh thì có thể kết nối được thơng qua các trạm
kết nối. Từ đó, các thiết bị, vật dụng sẽ có thể thực hiện nhiệm vụ của mình
đối với đối tượng nông nghiệp cần quản lý.
 Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối sẽ đóng vai trị là một vùng
trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện tốn
đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý. Gateways có thể là một thiết
bị vật lý hoặc là một phần mềm được dùng để kết nối giữa Cloud (điện toán

đám mây) và bộ điều khiển, các cảm biến, các thiết bị thông minh.
 Hạ tầng mạng (Internet): Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều
mạng IP được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ
tầng mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp,
thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm sốt lưu lượng dữ liệu lưu thông
và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi
các nhà cung cấp dịch vụ.
 Lớp dịch vụ (Service): Là các ứng dụng được các hãng công nghệ, hoặc
thậm chí người dùng tạo ra để dễ dàng sử dụng các sản phẩm IOT một cách
hiệu quả và tận dụng được hết giá trị của sản phẩm.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

6


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2 Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT

2.2

CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI

2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có
nghĩa là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ có
một đường phát dữ liệu và một đường nhận dữ liệu, khơng có tín hiệu xung clock

nên gọi là bất đồng bộ. Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự
tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400
baud, 4800 baud, 9600 baud … [2]

Hình 2.3 Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ

Giao tiếp UART chế độ bất đồng bộ sử dụng một dây kết nối cho mỗi chiều
truyền dữ liệu do đó để q trình truyền nhận dữ liệu thành cơng thì việc tn thủ
các tiêu chuẩn truyền là hết sức quan trọng. Sau đây là các khái niệm quan trọng
trong chếđộ truyền thơng này
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

7


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Baud rate (tốc độ Baud): Để việc truyền và nhận bất đồng bộ xảy ra thành
cơng thì các thiết bị tham gia phải thống nhất với nhau về khoảng thời gian dành
cho 1 bit truyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước
khi truyền nhận, tốc độ này gọi là tốc độ Baud. Tốc độ Baud là số bit truyền trong
một giây. Ví dụ, nếu tốc độ Baud được đặt là 9600 bit/giây thì thời gian dành cho
một bit truyền là 1/9600~104.167us.
Frame (khung truyền): Do truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp bất đồng
bộ rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, q trình truyền thơng theo kiểu này phải tuân
theo một số quy cách nhất định. Bên cạnh tốc độ Baud, khung truyền là một yếu tố
quan trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận. Khung truyền bao gồm các
quy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo hiệu như bit Start và bit Stop,
các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit dữ liệu trong mỗi lần truyền

cũng được quy định bởi khung truyền
Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi,
sauđó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit

Hình 2.4 Khung truyền dữ liệu trong chế độ bất đồng bộ

Start bit: Là bit đầu tiên được truyền trong một khung truyền, bit này có chức
năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới. Start bit
là bit bắt buộc phải có trong khung truyền.
Data: Data hay dữ liệu cần truyền là thơng tin chính mà chúng ta cần gửi và
nhận. Dữ liệu cần truyền không nhất thiết phải là gói 8 bit, có thể quy định số lượng
bit của dữ liệu là 5, 6, 7, 8 hoặc 9. Trong truyền thơng nối tiếp USART, bit có ảnh
hưởng nhỏ nhất của dữ liệu sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng
lớn nhất.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

8


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Parity bit: Là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách tương
đối). Có 2 loại parity là parity chẵn và parity lẻ. Parity chẵn nghĩa là số lượng bit 1
trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn. Ngược lại, tổng số lượng các bit 1
trong parity lẻ luôn là lẻ. Ví dụ, nếu dữ liệu của bạn là 10111011 nhị phân, có tất cả
6 bit 1 trong dữ liệu này, nếu parity chẵn được dùng, bit parity sẽ mang giá trị 0 để
đảm bảo tổng các bit 1 là số chẵn (6 bit 1). Nếu parity lẻ được yêu cầu thì giá trị của
parity bit là 1. Parity bit khơng phải là bit bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bit
này khỏi khungtruyền.

Stop bits: Là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã
được gửi xong. Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra
khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bit bắt buộc
xuất hiện trong khung truyền.
Khung truyền phổ biến nhất là (Start bit + 8 bit dữ liệu + stop bit).

2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C
a. Khái niệm
I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit. Đây là đường Bus
giao tiếp giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát triển bới Philips [3]
Nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở
thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài
tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device,
National Semiconductor ... Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất
nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM... chip
nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số
tương tự(DAC), IC điểu khiển LCD, LED...

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

9


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5 Sơ đồ giao tiếp theo chuẩn I2C

b. Đặc điểm và nguyên lý hoạt động

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:


Một đường xung nhịp đồng hồ(SCL) chỉ do Master phát đi (thông

thường ở 100kHz và 400kHz. Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz).


Một đường dữ liệu(SDA) theo 2 hướng.

Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ
không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi
một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ - tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối.
Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa
truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là
chủ (master) hãy tớ (slave).
Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngồi một địa chỉ (duy nhất)
để phân biệt, nó cịn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Đó là vì trên một bus I2C
thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng
hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ - tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm
vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp.
Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao
tiếp.
Về lý thuyết lẫn thực tế I2C sử dụng 7 bit để định địa chỉ, do đó trên một bus
có thể có tới 2^7 địa chỉ tương ứng với 128 thiết bị, nhưng chỉ có 112 có thể kết nối,

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

do an

10