Ứng dụng blynk và vi điều khiển trong giám sát, điều khiển nhà kính sử dụng điện mặt trời

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

ỨNG DỤNG BLYNK VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
TRONG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN NHÀ
KÍNH SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI

GVHD: PGS. TS. PHAN VĂN CA
SVTH: PHAN HỒ PHONG
VƯƠNG TOÀN NHÂN

SKL009751

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 2/2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG BLYNK VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
TRONG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH
SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

Sinh viên:

VƯƠNG TOÀN NHÂN
MSSV: 20861014
PHAN HỒ PHONG
MSSV: 20861015

Hướng dẫn: PGS. TS. PHAN VĂN CA

TP. HỒ CHÍ MINH – 02/2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG BLYNK VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
TRONG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH
SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Sinh viên:

VƯƠNG TOÀN NHÂN
MSSV: 20861014
PHAN HỒ PHONG

MSSV: 20861015

Hướng dẫn: PGS. TS. Phan Văn Ca

TP. HỒ CHÍ MINH – 02/2023


LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Phan Văn Ca đã hướng dẫn
và tận tình giúp đỡ tạo rất nhiều điều kiện thực hiện như ý tưởng, cung cấp tài liệu
để chúng tôi có thể hồn thành đề tài tốt nhất.
Chúng tơi xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện – Điện
Tử vì đã chia sẻ những kiến thực đáng quý trong suốt quãng thời gian giảng dạy
đồng thời luôn hỗ trợ giải đáp những thắc mắc mà chúng tôi gặp phải, tạo cho
chúng tôi một nền tảng kiến thức vững chắc giúp hoàn thành đề tài một cách thuận
lợi.
Đồng thời cũng gửi lời cảm ơn đến tập thể sinh viên lớp 20861DN3L đã chia
sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực
hiện đề tài.
Lời cảm ơn cuối cùng gửi đến đến gia đình của mỗi người trong nhóm chúng
tơi vì đã là nguồn động lực lớn lao đồng thời luôn khích lệ tinh thần như tiếp thêm
sức mạnh cho quãng thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Phan Hồ Phong

v

Vương Toàn Nhân

TĨM TẮT
Cơng nghệ và con người là một mối liên hệ chặt chẽ với nhau khi con người
làm cho công nghệ phát triển thì đồng thời cơng nghệ cũng đem lại nhiều lợi ích
cho con người trong cơng cuộc phát triển kinh tế và nâng cao chất lượng của cuộc
sống.
Đặc biệt trong thời gian trở lại đây, những công nghệ liên quan đến internet
vạn vật đã và đang được ứng dụng ở nhiều phương diện trong đó nơng nghiệp cũng
nằm trong phạm vi ứng dụng riêng cho mình bằng cách đưa các tính năng cơ bản
lên trên khơng gian mạng internet để giám sát các đặc tính thay đổi của mơi trường
tác động đến cây trồng rồi đánh giá tình trạng phát triển để đưa ra các hướng giải
quyết thích hợp mang tính tự động hố hoặc mang tính cá nhân tuỳ thuộc vào người
dùng quyết định. Ngoài ra, đi theo xu hướng của thế giới trong công cuộc sử dụng
triệt để nguồn năng lượng tái tạo hay thích hợp nhất chính là nguồn năng lượng
mặt trời làm năng lượng chính cung cấp cho hệ thống.
Nắm vững được cách thức hoạt động của công nghệ và nông nghiệp, bằng cách
tận dụng được những tài liệu và tài nguyên phần cứng đã được nghiên cứu và phát
triển liên quan đến internet vạn vật và năng lượng mặt trời liên kết chúng lại với
nhau nên nhóm quyết định lựa chọn đề tài "“Ứng dụng blynk và vi điều khiển
trong giám sát, điều khiển nhà kính sử dụng điện mặt trời.”.
Nội dung chính của đề tài sẽ xoay quanh những yêu cầu đề ra hình thành từ
mong muốn cải tiến mơ hình nhà kính như:
❖ Dùng năng lượng mặt trời để làm nguồn cấp góp một phần nhỏ trong cơng
cuộc cải thiện mơi trường chung của thế giới
❖ Tận dụng những công nghệ có sẵn như ESP32, Arduino UNO R3 và nên
tảng Blynk cùng với các cảm biến, module tạo thành dùng để sử dụng điều
khiển, giám sát theo yêu cầu đề ra.
❖ Đảm bảo xử lý được tình huống phát sinh theo kịch bản tự động áp dụng
sẵn hoặc dựa vào dữ liệu thu thập được để giải quyết vấn đề theo người
dùng.

vi


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... X
DANH MỤC BẢNG .................................................................................. XII
CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................XIII
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU............................................................................. 1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................... 1

1.2

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ........................................................................... 2

1.3

NỘI DUNG THỰC HIỆN .................................................................. 2

1.4

BỐ CỤC BÁO CÁO ........................................................................... 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................... 5
2.1

TỔNG QUAN VỀ IOT ....................................................................... 5

2.1.1

Định nghĩa về IoT ...................................................................... 5

2.1.2

Sự phát triển của IoT .................................................................. 6

2.1.3

Ứng dụng về IoT ........................................................................ 7

2.2

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ................................................................. 7

2.2.1

Khái niệm về năng lượng tái tạo ................................................ 7

2.2.2

Năng lượng mặt trời ................................................................... 8

2.2.3

Lợi ích sử dụng năng lượng mặt trời ......................................... 9

2.3

CÔNG NGHỆ WI-FI .......................................................................... 9

2.3.1

Giới thiệu về mạng Wi-Fi .......................................................... 9

2.3.2

Các thành phần mạng Wi-Fi .................................................... 10

2.3.3

Các chuẩn kết nối ..................................................................... 11

2.3.4

Chuẩn kết nối phổ biến tại Việt Nam ....................................... 12

2.3.5

Ứng dụng và mực tiêu của mạng Wi-Fi ................................... 13

2.4

KỸ THUẬT THUỶ CANH ............................................................. 13

2.4.1

Khái niệm thuỷ canh ................................................................ 13

2.4.2

Lịch sử phát triển ..................................................................... 14

2.4.3

Ưu điểm của kỹ thuật thuỷ canh .............................................. 15

vii


2.4.4
2.5

Mơ hình thuỷ canh ................................................................... 15

GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG ...................................................... 18

2.5.1

Arduino UNO R3 ..................................................................... 18

2.5.2

ESP32 DevKit V1 .................................................................... 22

2.6

GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ........................................................ 27

2.6.1

Cơng cụ lập trình Arduino IDE ................................................ 27

2.6.2

Nền tảng Blynk ........................................................................ 28

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................................ 29
3.1

CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ................................................. 29

3.1.1

Yêu cầu người dùng ................................................................. 29

3.1.2

Yêu cầu kỹ thuật....................................................................... 29

3.2

THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ............................................. 31

3.2.1

Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................... 31

3.2.2

Thiết kế chi tiết......................................................................... 32

3.2.3

Lưu đồ hệ thống ....................................................................... 51

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ....................................................... 56
4.1

GIỚI THIỆU..................................................................................... 56

4.2

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ................................................................... 56

4.3

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................ 57

4.3.1

Mơ hình .................................................................................... 57

4.3.2

Ứng dụng .................................................................................. 58

4.4

ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT ........................................................... 59

4.4.1

Đánh giá ................................................................................... 59

4.4.2

Nhận xét ................................................................................... 60

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................ 61
5.1

KẾT LUẬN ...................................................................................... 61

5.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................... 61

PHỤ LỤC A BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT ....................................... 62

viii


PHỤ LỤC B HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ............................. 66
PHỤ LỤC C BẢNG KẾT NỐI HỆ THỐNG ........................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 68

ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Internet of Thing........................................................................... 5
Hình 2.2: Mạng 5G ......................................................................................... 6
Hình 2.3: Tương quan giữa 2 loại năng lượng ........................................... 8
Hình 2.4: Lắp đặt pin năng lượng mặt trời trên mái nhà .......................... 8
Hình 2.5: Biểu tượng của sóng Wi-Fi ....................................................... 10
Hình 2.6: Minh hoạ tính ứng dụng và mục tiêu của Wi-Fi .................... 13
Hình 2.7: Vườn rau áp dụng kỹ thuật thuỷ canh ...................................... 14
Hình 2.8: So sánh cây trồng ở 2 điều kiện ................................................ 14
Hình 2.9: Minh hoạ mơ hình thuỷ canh tĩnh ............................................ 16
Hình 2.10: Minh hoạ mơ hình thuỷ canh ngập và rút kết hợp ni cá .. 16
Hình 2.11: Minh hoạ mơ hình thuỷ canh nhỏ giọt ................................... 17
Hình 2.12: Minh hoạ mơ hình thuỷ canh màng dinh dưỡng ........................ 17
Hình 2.13: Minh hoạ mơ hình khí canh .................................................... 18
Hình 2.14: Chip ATmega328P ..................................................................... 18
Hình 2.15: Arduino UNO R3........................................................................ 19
Hình 2.16: Sơ đồ khối chức năng Arduino UNO R3 ................................... 19
Hình 2.17: Sơ đồ chân Arduino UNO R3..................................................... 20
Hình 2.18: 2 mặt chip ESP-WROOM-32 ..................................................... 22
Hình 2.19: 2 mặt ESP32 DevKit V1 ............................................................. 22
Hình 2.20: Sơ đồ khối chức năng của ESP32 DevKit V1 ............................ 24
Hình 2.21: Sơ đồ chân ESP32 DevKit V1 .................................................... 25
Hình 2.22: Logo phần mềm Arduino IDE .................................................... 27
Hình 2.23: Logo Blynk ................................................................................. 28
Hình 2.24: Minh hoạ liên kết trong nền tảng Blynk ..................................... 28
Hình 3.1: Sơ đồ hoạt động hệ thống ............................................................. 31
Hình 3.2: Sơ đồ hoạt động khối nguồn ......................................................... 32
Hình 3.3: Bộ điều khiển sạc pin NLMT ....................................................... 33

x


Hình 3.4: Sơ đồ hoạt động điều khiển .......................................................... 34
Hình 3.5: Module L298N ............................................................................. 35
Hình 3.6: Minh hoạ điều chế độ rộng xung .................................................. 36
Hình 3.7: Minh hoạ mạch cầu H ................................................................... 36
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý ............................................................................ 37
Hình 3.9: Sơ đồ cầu H bên A ........................................................................ 38
Hình 3.10: Sơ đồ đối chiếu cả 2 bên cầu H .................................................. 39
Hình 3.11: Sơ đồ cầu H bên A cùng 4 diode bảo về .................................... 40
Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động giám sát ........................................................... 41
Hình 3.13: Cảm biến ánh sáng ...................................................................... 42
Hình 3.14: Cảm biến DHT11........................................................................ 43
Hình 3.15: Cấu tạo của cảm biến đo độ ẩm khơng khí ................................. 43
Hình 3.16: Minh hoạ quá trình trao đổi giữa DHT11 và vi điều khiển ........ 44
Hình 3.17: Minh hoạ giai đoạn bước 1 ......................................................... 45
Hình 3.18: Minh hoạ truyền bit 0 trong bước 2 ............................................ 45
Hình 3.19: Minh hoạ truyền bit 1 trong bước 2 ............................................ 45
Hình 3.20: Cảm biến đo độ pH ..................................................................... 46
Hình 3.21: Khối mạch khuếch đại ................................................................ 46
Hình 3.22: Khối phân định điện cực pH ....................................................... 47
Hình 3.23: Bảng mức độ pH theo Axit và Bazơ........................................... 47
Hình 3.24: Cảm biến đo độ ẩm đất ............................................................... 48
Hình 3.25: Màn hình LCD2004 cùng mạch I2C LCD ................................. 49
Hình 3.26: Mơ tả trạng thái khi khơng có điện áp ........................................ 50
Hình 3.27: Mơ tả trạng thái khi khơng có điện áp ........................................ 50
Hình 3.28: Lưu đồ điều khiển động cơ bằng PWM ..................................... 51
Hình 3.29: Lưu đồ điều khiển động cơ ......................................................... 53
Hình 3.30: Lưu đồ điều khiển đèn bằng cảm biến ánh sáng ........................ 54

Hình 3.31: Lưu đồ hoạt động các cảm biến thu thập dữ liệu ........................ 55
Hình 4.1: Tồn bộ hệ thống bên ngồi ......................................................... 57
Hình 4.2: Giao diện chính giám sát và điều khiển hệ thống ......................... 58

xi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Tóm tắt các chân thích hợp để sử dụng ........................................ 21
Bảng 2.2: So sánh ESP32 DevKit V1 và NodeMCU ESP8266 ................... 23
Bảng 2.3: Tóm tắt các chân thích hợp để sử dụng ........................................ 26
Bảng 3.1: Trường hợp động cơ quay thuận .................................................. 38
Bảng 3.2: Trường hợp động cơ quay nghịch ................................................ 38
Bảng 3.3: Trường hợp động cơ dừng ............................................................ 38
Bảng 3.4: Ví dụ về gói dữ liệu DHT11 ......................................................... 44
Bảng 4.1: Bảng khảo sát vận hành ................................................................ 60

xii


CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADC

Analog Digital Converter

DAC

Digital Analog Converter

GPIO

General-purpose input/output

I/O

In/Out

I2C

Inter-Integrated Circuit

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

IoT

Internet of Things

LCD

Liquid Crystal Display

PWM

Pulse-width modulation

UART

Universal asynchronous receiver transmitter

USB

Universal Serial Bus

Wi-Fi

Wireless Fidelity

xiii


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nông nghiệp là ngành sản xuất lớn và cũng là ngành kinh tế quan trọng của
nhiều nước bao quát rất nhiều chuyên ngành như chăn nuôi, lâm nghiệp, thuỷ sản
và trồng trọt cũng nằm trong số chuyên ngành đó. Trồng trọt được con người áp
dụng từ thủa sơ khai cổ đại cho đến ngày nay là ngọn nguồn của việc cung cấp đều
đặn lượng lương thực lớn nuôi sống hàng tỷ người mỗi ngày bằng một hoạt động
đơn giản trong việc bảo vệ, kích thích, tạo điều kiện tăng trưởng tốt nhất để cho ra
năng suất cao trên mỗi cây trồng. Để hiện thực hoá điều đó con người ta khơng
ngừng phát triển nhiều loại hố chất sinh học, thay đổi thuộc tính của cây trồng
hiệu quả hơn, quy mô rộng hơn và thời gian thu hoạch ngắn giúp sản lượng sẽ tăng
đều theo hàng năm lại sử dụng đến máy móc cơng nghiệp có công suất lớn trong
các khâu. Đánh dấu bước ngoặt lớn cho việc cung ứng lương thực của nền nông
nghiệp cả thế giới.
Phát triển là vậy nhưng mặt tối mà cả thế giới đang phải đối mặt trong việc
bảo vệ chuỗi lương thực của con người ở thời điểm hiện tại có thể sẽ tệ hơn trong
tương lai khơng xa chính là các vấn đề về mơi trường như sự nóng lên toàn cầu,

các vấn đề về đất và nguồn nước, lạm dụng thuốc trừ sâu, sự phụ thuộc vào nguồn
năng lượng sử dụng nhiên liệu hố thạch. Ngồi ra cịn, ảnh hưởng từ sự gián đoạn
bất ngờ ở chuỗi cung ứng như trong đại dịch hay chiến tranh khi đó lại phải mất
một khoảng thời gian dài để khắc phục.
Bản thân mỗi thành viên trong nhóm là sinh viên kỹ thuật cũng nhận thức
được đầy đủ về những khó khăn mà nền nông nghiệp thế giới cùng với nền nông
nghiệp nước nhà hiện nay đang gặp phải và những vấn đề còn tồn đọng xung quanh

1


nơi mình sinh sống nên nhóm quyết định lựa chọn đề tài là “Ứng dụng blynk và
vi điều khiển trong giám sát, điều khiển nhà kính sử dụng điện mặt trời.”
Đề tài được quyết định thực hiện việc áp dụng kỹ thuật trồng trọt trong nhà
kính như giảm thiểu mức độ phụ thuộc vào môi trường, gia tăng hiệu suất trồng
trọt nhờ công nghệ giám sát điều khiển thông qua internet, gia tăng sản lượng cũng
như số lượng tốt nhất có thể đạt được. Việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo mà
chúng tôi chọn là nguồn năng lượng mặt trời trong đề tài cũng được xem phù hợp
với xu thế chung của thế giới giảm bớt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch trong
tương lai.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Mục tiêu của đề tài gồm:
-

Giám sát các dữ liệu liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ pH, mực
nước cho cây trồng.

-

Kết nối thông qua Wi-Fi giữa vi điều khiển và App Blynk trên điện thoại.

-

Dùng năng lượng mặt trời làm nguồn năng lượng cung cấp cho vi điều khiển
và các thiết bị khác.

-

Ứng dụng các module khác nhau cùng với vi điều khiển để chạy những tác
vụ tự động đơn giản.

-

Đồng bộ khả năng điều khiển và giám sát giữa bên ngồi cùng màn hình
LCD và bên trên ứng dụng Blynk.

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
Đề tài được thực hiện có những nội dung sau:
-

Nội dung 1: Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề
tài.

-

Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý.

-

Nội dung 3: Thiết kế, tính tốn, kết nối board Arduino UNO R3 với ESP32,
các module khác, ...

2


-

Nội dung 4: Thiết kế, xây dựng phần cứng, thi cơng mạch.

-

Nội dung 5: Viết chương trình điều khiển.

-

Nội dung 6: Kết nối từ vi điều khiển đến App trên điện thoại.

-

Nội dung 7: Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh.

-

Nội dung 8: Thiết kế mơ hình sản phẩm.

-

Nội dung 9: Viết báo cáo thực hiện.

-

Nội dung 10: Bảo vệ đồ án tốt nghiệp.

1.4 BỐ CỤC BÁO CÁO
Chương 1: Giới Thiệu.
-

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
-

Chương này trình bày khái quát về khái niệm IoT, năng lượng mặt trời, giao
thức mạng Wi-Fi, các kỹ thuật và mơ hình trồng trọt.

-

Sơ đồ chân, sơ đồ khối chức năng vi điều khiển.

-

Các phần mềm sử dụng liên quan đến đề tài như Arduino IDE và Blynk.

Chương 3: Thiết Kế Hệ Thống
-

Giới thiệu yêu cầu đề ra của người dùng và yêu cầu kỹ thuật cần có của
người thực hiện

-

Sơ đồ khối chung của hệ thống cũng như chi tiết.

-

Tính tốn và lựa chọn lắp đặt cảm biến, module, các linh kiện để thực hiện
theo yêu cầu đã đề ra.

-

Lưu đồ hệ thống sử dụng dùng để lập trình.

3


Chương 4: Kết Quả Thực Hiện
-

Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề tài
gồm có hình ảnh về mơ hình bên ngồi và giao diện trên ứng dụng điện
thoại, đánh giá tính ổn định của hệ thống, thời gian đáp ứng của hệ thống,
tính dễ sử dụng.

Chương 5: Kết Luận – Hướng Phát Triển.
-

Chương này sẽ đưa ra những kết luận sau khi hồn thành mơ hình đồ án,
các hướng phát triển của đề tài để có thể phát triển tốt hơn trong tương lai.

4


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT
2.1.1 Định nghĩa về IoT
IoT là từ viết tắt của cụm từ Internet of Things và được dịch theo tiếng việt là
Internet vạn vật đây là một chủ đề quan trọng trong công cuộc phát triển ứng dụng
công nghệ giám sát và điều khiển lên tầm cao mới của thế giới.

Hình 2.1: Internet of Thing
[1] Vậy định nghĩa về IoT theo Wikipedia có nghĩa là một kịch bản của thế
giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình,
và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất
mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy
tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, vi điều khiển, cơ điện
tử và Internet.
Có thể hiểu nôm na là mỗi một thiết bị đều được kết nối mạng Internet và tất
cả các thiết bị đó được tự động thực hiện theo kịch bản hay điều khiển, giám sát
thông qua một phần mềm hoặc một ứng dụng sử dụng Internet trong việc truyền
và nhận dữ liệu toàn bộ thiết bị ở bất kỳ đâu, bất kỳ khi nào.

5


2.1.2 Sự phát triển của IoT
IoT hình thành nên từ nhu cầu của con người mong muốn kết nối các thiết bị
để dễ dàng ra lệnh điều khiển không bị gị bó trong khơng thời gian và giám sát để

sử dụng được toàn bộ dữ liệu thu thập từ các thiết bị để đưa ra hướng giải quyết
phù hợp. Ngoài ra, sự phát triển của IoT cũng khởi nguồn từ mong muốn thay đổi
các hoạt động sản xuất, kinh doanh thương mại, dịch vụ của con người trong nhiều
nhóm ngành thành những hệ thống chạy tự động và giám sát, điều khiển từ xa giúp
con người hoàn thành những điều khơng thể thành có thể để tối ưu hiệu suất làm
việc, gia tăng sản lượng hàng hố.
Ví dụ điển hình về thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, đó là vào năm 1982
một máy bán nước tự động tại Đại học Carnegie Mellon (Mỹ) được tích hợp thành
cơng với khả năng báo cáo số lượng chai nước trong máy và báo cáo nhiệt độ của
những chai nước bên trong cho người quản lý thông qua mạng Internet mà không
cần phải đến kiểm tra trực tiếp.
Sau đó, khái niệm IoT thực sự được đưa vào năm 1999 khi người ta bắt đầu
nhận thấy tiềm năng ứng dụng và phát triển này. Tới tận thời điểm hiện tại, không
thể phủ nhận những thay đổi tích cực của IoT mang lại. Trong tương lai với tốc độ
mạng di động cao cùng việc phủ sóng rộng sẽ là bước ngoặt về dữ liệu của IoT, là
nền tảng cho những ứng dụng cao hơn như trí tuệ nhân tạo.

Hình 2.2: Mạng 5G

6


2.1.3 Ứng dụng về IoT
Một số lĩnh vực nổi bật hiện nay được ứng dụng IoT nhiều nhất như:
-

Nhà thông minh

-

Quản lý các thiết bị cá nhân

-

Quản lý giao thông

-

Lĩnh vực mua sắm thông minh

-

Đồ dùng sinh hoạt hằng ngày

-

Tự động hóa tại các cơng xưởng nhà máy

-

Thu thập dữ liệu nông nghiệp

2.2 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
2.2.1 Khái niệm về năng lượng tái tạo
Trong thời gian trở lại đây, thế giới đang gặp phải vấn đề cung cấp năng lượng
ngày càng nhiều. Tình cảnh chung ở đây đa phần được lý giải là do sự phụ thuộc
quá mức về dạng năng lượng là nhiên liệu hoá thạch và biểu hiện rõ ràng nhất cho
việc này đó là giá nhiên liệu tăng cao. Ngồi ra, cịn do nhu cầu sử dụng năng
lượng của con người ngày một tăng khiến cho các hệ thống năng lượng cũ khó đáp
ứng được, việc sử dụng nguồn năng lượng này cũng gây ra thách thức lớn về tình

trạng biến đổi khí hậu của trái đất.
Để giải quyết cho tình trạng trên thì nhiều nước trong đó có cả Việt Nam đang
chung tay thay đổi dần sự phụ thuộc từ nhiên liệu hoá thạch sang thành sử dụng
hoàn toàn năng lượng tái tạo. Năng lượng tái tạo được hình thành liên tục đồng
thời được xem là vơ hạn ở các mơi trường như gió, mưa, ánh sáng mặt trời, sóng
biển, thuỷ triều,… Tất cả những dạng năng lượng trên tuy còn rất mới nhưng đều
được các kỹ sư tính tốn thử nghiệm và đi vào hoạt động ổn định không chỉ ở quy
mô nhỏ mà trong tương lai cịn nhân rộng ra với quy mơ lớn hơn khắc phục những
yếu kém trong sử dụng năng lượng truyền thống gây ra như là biến đổi khí hậu,
thiếu hụt năng lượng, chi phí sử dụng năng lượng cao.

7


Hình 2.3: Tương quan giữa 2 loại năng lượng
Những năng lượng tái tạo chính thường được sử dụng phổ biến ở nước ta và
khái niệm của từng dạng năng lượng như sau:
-

Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo. Năng lượng điện có được từ thế
năng của nước được tích tại các đập nước làm quay tuốc bin nước và máy
phát điện.

-

Điện gió ở Việt Nam thuộc nhóm cơng nghiệp năng lượng mới nổi là nguồn
điện sử dụng năng lượng của gió làm quay các cánh quạt tuốc bin sinh ra
điện năng.

-

Điện mặt trời rất phổ biến tại Việt Nam. Nó sử dụng một tấm pin mặt trời
hấp thụ ánh sáng sinh ra nhiệt năng và hình thành nên điện năng.

2.2.2 Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch được xem như là vơ hạn có ở
khắp mọi nơi trên trái đất miễn là nơi đó được ánh sáng mặt trời chiếu tới. Nguồn
năng lượng này gồm có bức xạ và nhiệt đến từ ánh sáng của mặt trời. Để khai thác
được thì cần có các tấm pin năng lượng mặt trời đặt trên mái nhà nơi có nhiều ánh
sáng nhất và các tấm pin sẽ hấp thụ các photon trong ánh sáng để sản sinh ra điện
năng lượng mặt trời.

Hình 2.4: Lắp đặt pin năng lượng mặt trời trên mái nhà

8


Năm 1839, Alexandre-Edmond Becquerel hay còn được biết đến với cái tên là
Edmond Becquerel ông là một nhà vật lý người pháp nghiên cứu quang phổ mặt
trời, từ học, điện và quang học. Ông được xem như là cha đẻ của pin quang điện
tiền thân của pin năng lượng mặt trời ngày nay khi chỉ mới 19 tuổi bằng cách thực
hiện các thí nghiệm sử dụng bạc chloride được đặt trong dung dịch axit và chiếu
sáng trong khi kết nối với điện cực platin tạo ra điện áp và dòng điện.
Tới thời điểm hiện tại, nhờ có sự phát triển của nền khoa học – kỹ thuật công
nghệ hiện đại đã giúp cho pin năng lượng mặt trời có được số lượng sản xuất và
sử dụng tăng dần theo từng năm. Đồng nghĩa với chất lượng cũng cải tiến hơn
trước trong việc hấp thụ lượng ánh sáng mặt trời một cách ổn định không bị giới
hạn bởi thời gian rồi cho ra lượng điện nhiều hơn. Trong tương lai nhóm những
nhà nghiên cứu còn phát triển loại pin mặt trời khơng phụ thuộc vào ánh sáng mặt
trời có thể hoạt động vào ban đêm bằng cách toả nhiệt và hướng về phía khơng

gian có nhiệt độ thấp để tạo ra điện áp và dịng điện.

2.2.3 Lợi ích sử dụng năng lượng mặt trời
Các lợi ích nổi bật nhất khi sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời là:
-

Tiết kiệm chi phí khi sử dụng điện trong đời sống sinh hoạt, hoạt động sản
xuất.

-

Tạo ra nguồn năng lượng điện vô hạn.

-

Thời gian sử dụng cao nên chi phí bảo trì, bảo dưỡng rất ít.

-

Lắp đặt tại gia đơn giản, vận hành được tự động.

-

Đem lại lợi ích trong việc bảo vệ mơi trường.

2.3 CƠNG NGHỆ WI-FI
2.3.1 Giới thiệu về mạng Wi-Fi
Wi-Fi hay Wireless Fidelity là một trong những giao thức mạng không dây
được sử dụng phổ biến ở tất cả các quốc gia, được phát minh bởi tập đoàn
NCR/AT&T ở Hà Lan vào năm 1991.

Wi-Fi cho phép các thiết bị được kết nối có thể truy cập vào hệ thống mạng
Internet trong việc truyền và nhận dữ liệu. Hiện nay, Wi-Fi được dùng để làm

9


phương thức truy cập kết nối không dây trong rất nhiều hệ thống mạng máy tính,
laptop, điện thoại thơng minh, máy in,… Không chỉ kết nối không dây được nhiều
thiết bị sử dụng mà Wi-Fi còn là một điểm phát có bán kính giới hạn tại các nơi
như qn cà phê, sân bay, nhà ga hay khách sạn,… cho tất cả mọi người cùng truy
cập.

Hình 2.5: Biểu tượng của sóng Wi-Fi

2.3.2 Các thành phần mạng Wi-Fi
-

Access point

Một loại thiết bị thu phát Wi-Fi có khả năng tạo ra WLAN (mạng khơng dây
cục bộ). Access point thường có cấu tạo nhỏ gọn và đơn giản nên có thể gắn access
point ở bất kỳ đâu, từ tường nhà cho đến trần nhà, phù hợp sử dụng tại môi trường
công sở, nhà hàng, khách sạn hay tại các toà nhà lớn nhằm tạo ra không gian sử
dụng mạng Wi-Fi rộng rãi mà không làm giảm tốc độ của Wi-Fi. Bên cạnh đó,
access point cịn sở hữu khả năng chuyển đổi mạng có dây thành mạng khơng dây
mà vẫn đảm bảo tính bảo mật, giúp các thiết bị tử có thể dễ dàng kết nối được với
mạng.
-

Wireless modem

Modem Wi-Fi là một thiết bị duy nhất kết hợp chức năng của modem và router
(bộ định tuyến), biến nó thành một điểm duy nhất để kết nối Internet. Một thuật
ngữ khác cho thiết bị này là một cổng vào cơ bản nó có chức năng dịch các gói dữ
liệu Internet qua modem và gửi nó qua không dây tới các thiết bị trong nhà thông
qua router (bộ định tuyến).
-

Wireless router

Router là một thiết bị để chia sẻ Internet tới nhiều các thiết bị khác trong cùng
lớp mạng. Ngày nay wireless router và wireless modem được kết hợp lại với nhau
chung một thiết bị.

10


-

Wi-Fi hotspot

Wi-Fi hotspot là một cơng nghệ được tích hợp trên điện thoại có thể sử dụng
mạng di động trên chiếc điện thoại đó để phát ra sóng Wi-Fi cho các thiết bị khác
sử dụng. Hay nói cách khác, Wi-Fi hotspot đã biến điện thoại thành một điểm phát
sóng Wi-Fi.

2.3.3 Các chuẩn kết nối
-

Chuẩn 802.11

Năm 1997, IEEE giới thiệu chuẩn mạng khơng dây đầu tiên và đặt tên nó là
802.11. Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa của mạng này chỉ là 2 Mbps với băng tần
2.4GHz.
-

Chuẩn 802.11b

Vào tháng 7/1999, chuẩn 802.11b ra đời và hỗ trợ tốc độ theo như lý thuyết là
lên đến 11Mbps trong phạm vi 30m tuy nhiên trong thực tế thì đạt được 4Mbps
đến 6Mbps cùng một phạm vi. Chuẩn này cũng hoạt động tại băng tần 2.4GHz nên
cũng rất dễ bị nhiễu từ các thiết bị điện thoại di động và thiết bị Bluetooth có thể
làm giảm tốc độ truyền.
-

Chuẩn 802.11a

Xuất hiện vào cuối năm 2001 song song với quá trình hình thành chuẩn b,
chuẩn 802.11a phát ở tần số cao hơn là 5GHz nhằm tránh bị nhiễu từ các thiết bị
khác. Tốc độ theo lý thuyết đạt 54Mbps tuy nhiên tốc độ thực tế chỉ đạt 15Mbps
đến 20Mbps trong phạm vi khoảng 15m đến 23m, đồng thời chuẩn này khó xuyên
qua các vách tường và giá thành cao cũng là một phần nhược điểm.
-

Chuẩn 802.11g

Tiếp theo đó vào cuối năm 2003 chuẩn 802.11g có phần hơn so với chuẩn b
và a do được tích hợp cả 2 tiêu chuẩn này, tuy nhiên nó cũng hoạt động ở tần số
2.4GHz nên vẫn dễ nhiễu. Chuẩn này có thể xử lý tốc độ lên tới 54Mbps và trong
phạm vi từ 30m đến 45m.

11


-

Chuẩn 802.11n

Ra mắt năm 2009 và là chuẩn phổ biến nhất hiện nay nhờ sự vượt trội hơn so
với chuẩn b và g. Chuẩn kết nối 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 300Mbps, có
thể hoạt động trên cả băng tần 2,4GHz và 5GHz.
Chuẩn kết nối này đã và đang dần thay thế chuẩn 802.11g với, phạm vi phát
sóng lớn hơn, tốc độ cao hơn và giá hợp lý.
-

Chuẩn 802.11ac

Là chuẩn được IEEE giới thiệu vào đầu năm 2013, hoạt động ở băng tầng
5GHz. Chuẩn ac có thể mang đến cho người dùng trải nghiệm tốc độ cao nhất lên
đến 1730Mbps.
Do vấn đề giá thành cao nên các thiết bị phát tín hiệu cho chuẩn này chưa phổ
biến dẫn đến các thiết bị này sẽ bị hạn chế sự tối ưu do thiết bị phát.
-

Chuẩn 802.11ad

Được giới thiệu năm 2014, chuẩn Wi-Fi 802.11ad được hỗ trợ băng thông lên
đến 70 Gbps và hoạt động ở dải tần 60GHz. Nhược điểm của chuẩn này là sóng
tín hiệu khó có thể xuyên qua các bức tường, đồng nghĩa với việc chỉ cần Router
khuất khỏi tầm mắt, thiết bị sẽ không còn kết nối tới Wi-Fi được nữa.

-

Chuẩn 802.11ax

Wi-Fi 6 là bản cập nhật mới nhất cho chuẩn mạng không dây. Wi-Fi 6 dựa trên
tiêu chuẩn IEEE 802.11ax, với tốc độ nhanh hơn, dung lượng lớn hơn và hiệu suất
năng lượng được cải thiện tốt hơn so với các kết nối không dây trước đây. Tên gọi
mới Wi-Fi 6 này sẽ chính thức được áp dụng từ năm 2019.
-

Wi-Fi Hotspot

Ngồi những chuẩn kết nối kể trên, mỗi thiết bị di động có thể tự phát ra sóng
Wi-Fi cho những thiết bị khác. Nói cách khác, thiết bị di động có thể được xem
như là một Router.

2.3.4 Chuẩn kết nối phổ biến tại Việt Nam
Tất cả các chuẩn Wi-Fi kể trên Việt Nam đều đã được sử dụng. Tuy nhiên, hai
chuẩn được xem là sử dụng phổ biến nhất hiện nay là 802.11g và 802.11n và được
sử dụng nhiều nhất vẫn là 802.11n, hoạt động được ở cả 2 dải tần 2.4GHz và 5GHz.

12


Ngày nay một số thiết bị mới được sản xuất ở Việt Nam đã sử dụng các chuẩn
802.11ac, tuy nhiên số lượng này chưa nhiều (mặc dù ở các nước phát triển đã sử
dụng rất phổ biến), một phần do chưa phù hợp với hạ tầng mạng còn hạn chế ở
nước ta hiện nay.

2.3.5 Ứng dụng và mực tiêu của mạng Wi-Fi

-

Ứng dụng

Có thể dùng mạng Wi-Fi để ứng dụng cho các thiết bị điện tử như máy tính,
điện thoại, tablet, … và các thiết gị gia dụng như tivi, tủ lạnh, máy lạnh, … xa hơn
là trong vũ trụ và quân sự.
-

Mục tiêu

Tăng số lượng kết nối tới nhiều thiết bị, tốc độ nhanh hơn, gia tăng khoảng
cách so với hiện tại chỉ có thể phủ sóng hơn hàng km, giảm giá thành và độ trễ kết
nối, gia tăng năng suất thiết bị, thiết kế đa chức năng và linh hoạt hơn.

Hình 2.6: Minh hoạ tính ứng dụng và mục tiêu của Wi-Fi

2.4 KỸ THUẬT THUỶ CANH
2.4.1 Khái niệm thuỷ canh
Thuỷ canh hay được định nghĩa là trồng cây trong dung dịch được xem như
một kỹ thuật hiện đại khiến cây trồng phát triển trong môi trường mà không cần
đến đất bằng cách bổ sung cho cây trồng các chất dinh dưỡng đầy đủ và đúng mức

13