Xây dựng hệ thống chăm sóc cây trồng sử dụng mạch arduino và thiết bị di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Xây dựng hệ thống chăm sóc cây trồng
sử dụng mạch Arduino và thiết bị di
động
LÊ VĂN THANH


Ngành Công nghệ thông tin

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Vũ Thị Hương Giang
Chữ ký của GVHD

Trường:

Công nghệ thông tin và Truyền Thông


HÀ NỘI, 10/2022


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Lê Văn Thanh
Đề tài luận văn: Xây dựng hệ thống chăm sóc cây trồng sử dụng mạch
Arduino và thiết bị di động

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Mã số SV: 20202351M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấ m luận văn xác
nhận tác giả đã sửa ch ữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
29/10/2022 với các nội dung sau:
STT
Yêu cầu chỉnh sửa
Giải trình
Trang
1

Làm rõ giải pháp về việc Đã bổ sung mô tả chi tiết cho giải
kiểm soát tưới tiêu cho
pháp kiểm soát cây trồng tại nhiều
nhiều khu vực

37-38

vị trí

2

Mơ tả chi tiết việc cài đặt Đã bổ sung mô tả chi tiết các thành
phần trong hệ thống thử nghiệm

51-52

4

Sửa lại biên tập và tham

chiếu

1-71

Giáo viên hướng dẫn

Đã chỉnh sửa lại biên tập và tham
chiếu

Ngày tháng 11 năm 2022
Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung trong luận văn với đề tài “Xây dựng hệ thống chăm
sóc cây trồng sử dụng mạch Arduino và thiết bị di động” là cơng trình nghiên cứu
độc lập của bản thân dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Thị Hương Giang. Các số liệu,
hình ảnh, trích dẫn có nguồn gốc rõ ràng và tn thủ ngun tắc. Luận văn khơng có
sự sao chép từ các cơng trình, nghiên cứu của người khác mà không ghi rõ trong
mục tài liệu tham khảo. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế hay gian trá tơi
xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 29 tháng 10 năm 2022
Học Viên

Lê Văn Thanh

2


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt được luận văn tốt nghiệp không phải là một điều dễ dàng, tôi đã
nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè, cá nhân và công ty. Lời đầu tiên, tôi
xin phép được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô TS. Vũ Thị Hương Giang, người đã giúp
đỡ tôi rất nhiều trong quá trình định hướng và nghiên cứu phát triển cũng như hướng
dẫn và tạo điều kiện tốt nhất để tơi có thể hồn thành được đề tài luận văn này. Tôi cũng
xin được gửi lời cảm ơn với các thầy cô trong Trường Công nghệ thông tin và Truyền
thơng đã tận tình dạy dỗ và cho tơi nhiều kiến thức bổ ích, giúp tơi có nền tảng kiến
thức để có khả năng thực hiện được đề tài luận văn đã đăng ký. Cuối cùng, tôi xin được
gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè và công ty đã luôn bên cạnh, ủng hộ tôi
cũng như tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thiện được công việc

Do sự thiếu hụt về kinh nghiệm và điều kiện thời gian cịn hạn chế nên khơng
tránh khỏi có những sai sót trong q trình thực hiện đề tài. Tơi rất mong nhận được
ý kiến đóng góp và sự chỉ bảo từ các thầy cơ để có thể rút kinh nghiệm và cải thiện
bản thân hơn
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học Viên

Lê Văn Thanh

3


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Hiện nay ngành khoa học - công nghệ không ngừng phát triển và hướng tới đơ thị

hóa, hiện đại hóa đất nước tuy nhiên nó cũng tạo ra nhiều tác nhân gây hại cho sức khỏe
con người như chất lượng khơng khí kém, ơ nhiễm tiếng ồn, gia tăng ơ nhiễm khơng
khí, tắc nghẽn giao thông và nhiệt độ quá cao. Theo nghiên cứu được thực hiện bởi
NASA vào năm 1989, cho thấy rễ và đất của cây trồng trong nhà làm giảm đáng kể độc
tố trong khơng khí. Có nhiều loại cây có thể trồng được trong nhà như: cây cảnh, cây
nông nghiệp, cây dược liệu, cây ăn quả, .... Các loại cây này trong tự nhiên
thường được trồng ở các khu vực rộng lớn như vườn, ruộng, khu nơng trại, nhà kính…
được cung cấp đầy đủ các loại chất dinh dưỡng và sử dụng các loại sản phẩm hóa học
trong q trình phát triển của cây cũng như được những người có kinh nghiệm theo dõi,
chăm sóc nên cây có tỉ lệ sống và mang lại hiệu quả năng suất cao. Tuy nhiên khi mang
các loại cây này vào trong nhà thì thường khơng áp dụng được các phương pháp như
khi trồng ngồi tự nhiên, nếu khơng có kinh nghiệm hoặc khơng chăm sóc tốt cho cây
thì cây sẽ khơng thể phát triển bình thường hoặc có thể bị chết.

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và đưa ra giải pháp nhằm giải quyết
các vấn đề: theo dõi môi trường sống của cây, kiểm soát lượng nước tưới cho cây và
kiểm sốt cây trồng ở nhiều vị trí khác nhau.
Để theo dõi môi trường sống của cây cần phải sử dụng các cảm biến có chức
năng chun biệt, ví dụ: cảm biến độ ẩm để đo độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ để đo
nhiệt độ môi trường, cảm biến độ pH để đo độ chua của đất, .... các cảm biến này sẽ
được lắp đặt tại các khu vực trồng cây và có nhiệm vụ thu thập các thơng số môi
trường sống của cây. Các thông số sau khi được thu thập, xử lý sẽ được lưu trữ và
hiển thị trên ứng dụng di động dưới dạng số liệu để người dùng dễ dàng theo dõi.
Các loại cây trồng khác nhau thường có thời gian tưới cây trong ngày và lượng
nước cần cung cấp khác nhau. Để kiểm soát được lượng nước tưới cho cây cần kiểm
soát được khả năng hoạt động của máy bơm hoặc dụng cụ được sử dụng để tưới nước.
Vì các loại máy bơm hay cơng cụ cấp nước khác nhau thì có khả năng hoạt động khơng
giống nhau, nên để kiểm sốt lượng nước cấp ra của các thiết bị này cần phải
4

thiết lập được thời gian hoạt động của chúng, với việc kiểm sốt thời gian hoạt động
thì sẽ kiểm sốt được lượng nước cung cấp cho cây. Đối với thời gian tưới cây trong
ngày, cần phải có lịch trình tưới cây chi tiết và có thể thay đổi để áp dụng lên nhiều
loại cây trồng.
Trong một hệ thống chăm sóc cây trồng thơng minh, sẽ có nhiều bộ xử lý trung
tâm được sử dụng, mỗi bộ xử lý trung tâm được lập trình để thu thập dữ liệu và đảm
nhiệm việc theo dõi cũng như kiểm soát một khu vực trồng cây nhất định. Để có thể
kiểm sốt được nhiều khu vực trồng cây khác nhau cùng lúc, cần phải kiểm soát
được các bộ xử lý trung tâm này trên cùng một ứng dụng. Để làm được điều đó, phải
định danh các bộ xử lý và dữ liệu thu về từ chúng bằng các mã riêng biệt. Sau đó
quản lý các mã định danh này trên một ứng dụng di động.
Học Viên

Lê Văn Thanh

5


MỤC LỤC
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.......................................................................1
1.1. Đặt vấn đề......................................................................................................1
1.2. Các giải pháp hiện tại và hạn chế...................................................................2
1.3. Mục tiêu và định hướng giải pháp..................................................................3
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................5
1.5. Đóng góp của luận văn...................................................................................5
1.6. Kết cấu của luận văn......................................................................................6
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠNG NGHỆ........................................7
2.1. Ảnh hưởng của mơi trường đến sự sinh trưởng của cây trồng.......................7
2.1.1.

Ảnh hưởng của độ ẩm.............................................................................7

2.1.2.

Ảnh hưởng của nhiệt độ..........................................................................9

2.2. Giới thiệu về Arduino................................................................................... 11
2.2.1.

Arduino Wemos D1 R2......................................................................... 13

2.2.2.

Cảm biến độ ẩm đất HT195................................................................... 14

2.2.3.

Cảm biến nhiệt độ DHT11..................................................................... 15

2.3. Thư viện và công cụ xây dựng hệ thống...................................................... 17
2.4. So sánh các kết quả nghiên cứu hiện tại....................................................... 18
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP.................................................................. 31
3.1. Tổng quan giải pháp..................................................................................... 31
3.1.1.

Giải pháp theo dõi môi trường sống của cây......................................... 31

3.1.2.

Giải pháp kiểm soát lượng nước tưới cho cây trồng............................. 34

3.1.3.

Giải pháp kiểm soát cây trồng tại nhiều vị trí khác nhau......................36

3.2. Mơ tả hệ thống.............................................................................................. 38
3.2.1.

Kiến trúc logic...........................................................................................43


3.2.2. Kiến trúc vật lý ..................................................................................... 45
3.2.3. Chức năng hệ thống .............................................................................. 48
CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM ...................................................... 50
4.1.

Cài đặt .......................................................................................................... 50
4.1.1. Lắp đặt hệ thống ................................................................................... 50

4.1.2. Cài đặt cơ sở dữ liệu ............................................................................. 53
4.1.3. Kết quả xây dựng hệ thống ................................................................... 62
4.2.

Thử nghiệm .................................................................................................. 62

4.2.1. Kịch bản thử nghiệm ............................................................................. 62
4.2.2. Kết quả thử nghiệm ............................................................................... 64
KẾT LUẬN .................................................................................... 72
5.1.

Kết luận ........................................................................................................ 72

5.2. Hướng phát triển trong tương lai ................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 74
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 78
A. ĐẶC TẢ USE CASE ........................................................................................ 78
A.1 Đặc tả use “Đăng nhập” .............................................................................. 78
A.2 Đặc tả use “Tạo tài khoản” .......................................................................... 79
A.3 Đặc tả use “Truy vấn danh sách tài khoản” ................................................. 80
A.4 Đặc tả use “Truy vấn thông tin chi tiết một tài khoản” ............................... 81
A.5 Đặc tả use “Mở khóa tài khoản” .................................................................. 82
A.6 Đặc tả use “Tạo thông tin cây trồng” .......................................................... 83
A.7 Đặc tả use “Cập nhật thông tin cây trồng” .................................................. 84
A.8 Đặc tả use “Khóa tài khoản” ....................................................................... 86
A.9 Đặc tả use “Đổi mật khẩu” .......................................................................... 87


A.10 Đặc tả use “Truy vấn danh sách thông tin cây trồng”................................89
A.11 Đặc tả use “Truy vấn thông tin chi tiết cây trồng”....................................90
A.12 Đặc tả use “Đăng ký tài khoản”................................................................. 91
A.13 Đặc tả use “Thêm mới thiết bị”................................................................. 92
A.14 Đặc tả use “Truy vấn thông tin thiết bị”.................................................... 93
A.15 Đặc tả use “Truy vấn thông tin chi tiết của thiết bị”..................................93
A.16 Đặc tả use “Cập nhật thông tin thiết bị”.................................................... 94
A.17 Đặc tả use “Thiết lập tham số”.................................................................. 95
A.18 Đặc tả use “Truy vấn lịch trình”................................................................ 96
A.19 Đặc tả use “Cập nhật lịch trình”................................................................ 97
A.20 Đặc tả use “Xử lý thủ công”...................................................................... 98
A.21 Đặc tả use “Truy vấn thông báo”............................................................... 99

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Viết tắt

Dạng đầy đủ

1

API

API

2

CSDL

Cơ sở dữ liệu

3

IIS

Internet Information Services

4

ATTT

An tồn thơng tin

5

CNTT

Công nghệ thông tin

6

IoT

Internet of Things

Diễn giải


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Mơ hình giải pháp.......................................................................................4
Hình 2.1: Ứng dụng của Arduino.............................................................................. 11
Hình 2.2: Mơ tả các chân I/O của board mạch Arduino............................................ 13
Hình 2.3: Mạch Arduino Wemos D1 R2................................................................... 14
Hình 2.4: Module cảm biến độ ẩm đất HT195.......................................................... 15
Hình 2.5: Module cảm biến nhiệt độ DHT11............................................................ 16
Hình 3.1: Mơ hình đề xuất giải pháp......................................................................... 31
Hình 3.2: Mơ phỏng vị trí lắp đặt cảm biến độ ẩm đất.............................................. 32
Hình 3.3: Mơ phỏng lắp đặt cảm biến nhiệt độ......................................................... 33
Hình 3.4: Mơ hình theo dõi và kiểm sốt nhiều vị trí trồng cây................................37
Hình 3.5: Kiến trúc hệ thống..................................................................................... 43

Hình 3.6: Luồng dữ liệu trong hệ thống.................................................................... 44
Hình 3.7: Mơ hình kết nối phần cứng........................................................................ 46
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối mạch.................................................................................... 46
Hình 4.1: Mơ hình hệ thống thử nghiệm................................................................... 50
Hình 4.2: Mơ tả bảng dữ liệu và liên kết bảng.......................................................... 53
Hình 4.3: Màn hình thêm mới thiết bị....................................................................... 65
Hình 4.4: Màn hình quản lý thiết bị........................................................................... 65
Hình 4.5: Thơng số mơi trường cụm thiết bị số 1..................................................... 66
Hình 4.6: Thơng số mơi trường cụm thiết bị số 2..................................................... 66
Hình 4.7: Thơng số mơi trường cụm thiết bị số 3..................................................... 66
Hình 4.8: Màn hình thiết lập tham số........................................................................ 67
Hình 4.9: Lịch trình tưới cây tự động........................................................................ 67
Hình 4.10: Màn hình kích hoạt tưới cây thủ cơng..................................................... 68
Hình 4.11: Thơng báo khi thực hiện tưới cây thủ cơng............................................. 68
Hình 4.12: Màn hình thơng báo tập trung................................................................. 69
Hình 4.13: Tìm kiếm thơng báo theo mã thiết bị....................................................... 69
Hình 4.14: Màn hình thư viện cây trồng................................................................... 70
Hình 4.15: Màn hình thơng tin cây trồng.................................................................. 70


Hình 4.16: Trang quản lý cây trồng........................................................................... 71
Hình 4.17: Trang chi tiết cây trồng............................................................................ 71


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 3.1: Luồng theo dõi dữ liệu môi trường và tạo cảnh báo................................ 32
Sơ đồ 3.2: Trình tự các bước tính tốn lịch trình....................................................... 34
Sơ đồ 3.3: Luồng tưới cây tự động theo lịch............................................................. 35
Sơ đồ 3.4: Luồng tưới cây thủ công.......................................................................... 36
Sơ đồ 3.5: Luồng tạo mới mục thiết bị...................................................................... 38

Sơ đồ 3.6: Quy trình chăm sóc cây trồng.................................................................. 39


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật mạch Arduino Wemos D1 R2..................................... 14
Bảng 2.2: Thông số chân mạch Arduino Wemos D1 R2.......................................... 14
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật HT195......................................................................... 15
Bảng 2.4: Thông số chân HT195............................................................................... 15
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật DHT11........................................................................ 16
Bảng 2.6: Thông số chân DHT11.............................................................................. 16
Bảng 2.7: Danh sách thư viện và công cụ sử dụng.................................................... 17
Bảng 2.8: Đánh giá các cơng trình nghiên cứu liên quan.......................................... 29
Bảng 3.1: Mơ tả chi tiết quy trình chăm sóc cây trồng.............................................. 40
Bảng 3.2: Chân kết nối HT195 với Arduino Wemos D1 R2.....................................47
Bảng 3.3: Chân kết nối DHT11 với Arduino Wemos D1 R2....................................47
Bảng 3.4: Chức năng hệ thống.................................................................................. 48
Bảng 4.1: Mô tả thành phần hệ thống thử nghiệm.................................................... 51
Bảng 4.2: Bảng thông tin người dùng....................................................................... 54
Bảng 4.3: Bảng thông tin cây trồng........................................................................... 54
Bảng 4.4: Bảng thông tin chi tiết cây trồng............................................................... 55
Bảng 4.5: Bảng thông tin thiết bị người dùng........................................................... 57
Bảng 4.6: Bảng thiết lập tham số............................................................................... 58
Bảng 4.7: Bảng thiết lập lịch trình............................................................................. 59
Bảng 4.8: Bảng thơng tin chi tiết lịch trình............................................................... 61
Bảng 4.9: Thống kê kết quả....................................................................................... 62
Bảng 4.10: Bảng thông số thử nghiệm...................................................................... 63


GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Đặt vấn đề

Hiện nay ngành khoa học - công nghệ không ngừng phát triển và hướng tới đơ
thị hóa, hiện đại hóa đất nước tuy nhiên nó cũng tạo ra nhiều tác nhân gây hại cho
sức khỏe con người như chất lượng khơng khí kém, ơ nhiễm tiếng ồn, gia tăng ơ
nhiễm khơng khí, tắc nghẽn giao thông và nhiệt độ quá cao. Sự gia tăng của khơng
gian xanh cho thấy những tác động tích cực đối với các thành phố cũng như sức
khỏe của người dân vì nó có thể giảm thiểu các tác nhân gây hại. Theo nghiên cứu
được thực hiện bởi NASA vào năm 1989, cho thấy rễ và đất của cây trồng trong nhà
làm giảm đáng kể độc tố trong khơng khí. Nghiên cứu này cho thấy tán lá của các
loại cây thông thường làm giảm mức độ các chất ô nhiễm như formaldehyde và
carbon monoxide lên đến 87% chỉ trong 24 giờ. Nghiên cứu sâu hơn đã xác nhận
rằng thực vật loại bỏ nhiều chất ơ nhiễm khơng khí trong nhà như ozon và benzen.
Vì vậy cây trồng trong nhà khơng chỉ tạo ra oxy mà còn giúp hạn chế các chất độc
có hại trong mơi trường. Khơng những thế cây trồng trong nhà làm giảm mức độ
căng thẳng và mang lại cảm giác thư giãn. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí
Physiological Anthropology đã cho thấy những lợi ích sinh lý của việc tương tác với
cây trồng trong nhà và phát hiện ra rằng cây cối có thể giúp cảm thấy thoải mái, nhẹ
nhàng và tự nhiên hơn [1]. Do đó, ngày càng nhiều thành phố đang phát triển theo
hướng xanh hóa đơ thị. Việc phát triển theo xu hướng này làm các loại cây trồng
trong nhà đang được nhiều người quan tâm và số lượng người mua cũng tăng lên
từng ngày.Theo thống kê cây trồng ở Mỹ vào năm 2019 cho thấy 66% người dân ở
nước Mỹ sở hữu ít nhất một cây trồng trong nhà. Tại Úc, doanh số bán cây trồng
trong nhà tăng khoảng 13% trong ngành công nghiệp ươm cây tương đương 2,6 tỷ
đô la, nhưng ngay cả trước đại dịch covid, doanh số bán hàng vẫn tăng [1]. Ở Việt
Nam, việc trồng cây trong nhà cũng là một xu hướng phổ biến hiện nay vì vừa để
trang trí cũng như cung cấp một phần thực phẩm hằng ngày cho con người.
Có nhiều loại cây trồng trong nhà như: cây cảnh (cây phong thủy, hoa, cây thân
leo…), cây nông nghiệp (rau xà lách, rau cải, củ cải, dưa chuột … các loại rau thơm),
cây dược liệu, cây ăn quả. Các loại cây này trong tự nhiên thường được trồng ở các

1

khu vực rộng lớn như vườn, ruộng, khu nông trại, nhà kính… được cung cấp đầy đủ các
loại chất dinh dưỡng và sử dụng các loại sản phẩm hóa học trong quá trình phát triển
của cây cũng như được những người có kinh nghiệm theo dõi, chăm sóc nên cây có tỉ lệ
sống và mang lại hiệu quả năng suất cao. Tuy nhiên khi mang các loại cây này vào
trong nhà thì thường khơng áp dụng được các phương pháp như khi trồng ngoài tự
nhiên và gặp một số vấn đề như: (i) Khó khăn trong việc kiểm sốt và cung cấp lượng
nước tối ưu cho cây trồng. Tưới cây với lượng nước phù hợp rất quan trọng vì nó ảnh
hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của cây, việc tưới thiếu nước hoặc tưới
quá nhiều nước có thể làm cho cây bị khơ hoặc thối rữa và không mang lại năng suất
cao. Tuy nhiên trong lịch trình bận rộn của cuộc sống hàng ngày, nhiều người quên tưới
nước hoặc tưới quá nhiều nước cho cây làm cho thực vật bị rối loạn và chết, vì vậy việc
xác định được thời điểm tưới cây và lượng nước phù hợp với từng loại cây là rất cần
thiết. (ii) Theo dõi môi trường sống của cây cũng là một vấn đề nên được chú ý. Những
loài cây thường sinh trưởng và phát triển ở ngoài tự nhiên nên chịu ảnh hưởng rất lớn
của các yếu tố như: ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ, độ pH…. Vì

vậy khi trồng trong nhà người trồng cây phải đảm bảo cung cấp cho cây trồng một
môi trường sống phù hợp. Để làm được điều này, theo dõi môi trường sống của cây
là rất quan trọng, nó giúp cho người trồng cây có thể đưa ra hành động xử lý kịp thời
khi các yếu tố mơi trường đang khơng thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của
cây. (iii) Khó khăn và vất vả trong việc theo dõi và chăm sóc cây trồng ở các vị trí
khác nhau. Vì tận dụng các khoảng trống để trồng cây nên các khu vực trồng cây
thường phân tán ở những địa điểm khác nhau trong nhà, thường phải dành rất nhiều
thời gian để có thể theo dõi và ghi nhớ được điều kiện sống cũng như lượng nước
thích hợp cho mỗi loại cây trồng ở những vị trí khác nhau.
1.2. Các giải pháp hiện tại và hạn chế
Ứng dụng IoT vào trong nông nghiệp hiện nay là một xu hướng chung của toàn
thế giới, IoT trong nông nghiệp số là các thiết bị thông minh, các cảm biến kết nối

và điều khiển tự động. Có nhiều giải pháp sử dụng các loại cảm biến và vi mạch
điện tử đã được xây dựng để nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng và giảm chi
phí sản xuất.

2


Mỗi loại cây trồng có những đặc tính và đặc điểm khác nhau, tác động từ môi
trường đến sự sinh trưởng của các loại cây trồng cũng không giống nhau. Để đạt
được chất lượng thu hoạch cao, đã có nghiên cứu thực hiện theo dõi môi trường
sống của cây bằng cách sử dụng các cảm biến điện tử để thu thập dữ liệu sau đó hiển
thị trên màn hình hoặc ứng dụng nhằm trực quan hóa mơi trường sống của cây dưới
dạng số liệu có thể đọc được [2]. Nhưng chỉ nắm bắt được thông tin môi trường
sống của cây vẫn chưa thể thực sự nâng cao hiệu suất cây trồng.
Kiểm soát nước cung cấp cho cây cũng là một vấn đề rất được quan tâm, cây
trồng không thể phát triển tốt nếu không được cung cấp nước đầy đủ. Một số nghiên
cứu khác đề xuất giải pháp kiểm soát lượng nước tưới cho cây bằng việc thiết lập các
ngưỡng giá trị về độ ẩm đất, nếu độ ẩm của đất chưa đạt ngưỡng cho phép thì sẽ tự
động kích hoạt máy bơm để cung cấp nước và tự động tắt máy bơm khi độ ẩm đất đã

ở mức ổn định [3] [4] [5]. Hoạt động cung cấp nước thông qua dữ liệu độ ẩm đất thu
được từ cảm biến cũng gặp một số vấn đề như: trong thời điểm giữa trưa nắng với
nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm đất giảm mạnh nhưng nếu tưới nước vào thời điểm
này cây sẽ rất dễ bị chết.
Để giải quyết vấn đề cung cấp nước đúng thời điểm cho cây, giải pháp lập lịch
tưới cây được thực hiện, một số nghiên cứu xác định cây trồng cần phải được tưới nước
hai lần một ngày vào sáng và tối, kết hợp thời gian tưới với việc so sánh dữ liệu thu
được từ cảm biến với ngưỡng độ ẩm đất để ra quyết định bật/tắt máy bơm [6].

Điều này chỉ thực sự đúng với một số loại cây trồng, vì có những loại cây cần nhiều

hoặc ít hơn hai lần tưới trong ngày và không cố định vào thời điểm sáng và tối.
Hầu hết các giải pháp được đưa ra đều chỉ tập trung theo dõi và chăm sóc cây
trồng ở một khu vực nhất định và chưa có giải pháp nào cho việc theo dõi nhiều khu
vực trồng cây khác nhau.
1.3. Mục tiêu và định hướng giải pháp
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và đưa ra giải pháp nhằm giải quyết
các vấn đề: theo dõi môi trường sống của cây, kiểm soát lượng nước tưới cho cây và
kiểm soát cây trồng ở nhiều vị trí khác nhau.

3


Giải pháp hướng tới là sử dụng các thiết bị nhúng kết nối tới ứng dụng di động
thông qua internet để giải quyết các vấn đề trong việt trồng và chăm sóc cây trồng
tại nhà. Tổng quan giải pháp được minh họa trên Hình 1.1.

Hình 1.1: Mơ hình giải pháp
Để theo dõi môi trường sống của cây cần phải sử dụng các cảm biến có chức
năng chun biệt, ví dụ: cảm biến độ ẩm để đo độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ để đo
nhiệt độ môi trường, cảm biến độ pH để đo độ chua của đất, .... các cảm biến này sẽ
được lắp đặt tại các khu vực trồng cây, có nhiệm vụ thu thập các thơng số mơi
trường sống của cây sau đó xử lý và lưu trữ vào CSDL đồng thời hiển thị trên ứng
dụng di động dưới dạng số liệu để người dùng dễ dàng theo dõi.
Các loại cây trồng khác nhau thường có thời gian tưới cây và lượng nước cần
cung cấp khác nhau. Trong các hệ thống chăm sóc cây trồng, máy bơm là dụng cụ
được sử dụng để bơm nước tưới cho cây, vì các loại máy bơm khác nhau có khả
năng hoạt động khơng giống nhau nên để kiểm sốt được lượng nước tưới cho cây
cần kiểm soát được thời gian hoạt động của máy bơm. Đối với thời gian tưới cây
trong ngày, cần phải có lịch trình tưới cây chi tiết và có thể thay đổi để áp dụng lên
nhiều loại cây trồng.

Trong một hệ thống chăm sóc cây trồng thơng minh, sẽ có nhiều bộ xử lý trung
tâm được sử dụng, mỗi bộ xử lý trung tâm được lập trình để thu thập dữ liệu và đảm
nhiệm việc theo dõi cũng như kiểm soát một khu vực trồng cây nhất định. Với mục
tiêu kiểm soát được nhiều khu vực trồng cây khác nhau, cần phải kiểm soát được các
bộ xử lý trung tâm tại mỗi vị trí. Để làm được điều đó cần phải định danh các bộ xử
lý và dữ liệu thu về bằng các mã thiết bị riêng biệt, sau đó quản lý các khu vực trồng
cây thông qua mã thiết bị trên ứng dụng di động.

4


1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung vào nghiên cứu ứng dụng của IoT trong hoạt động chăm sóc
cây trồng; tìm hiểu về cách thức hoạt động của Arduino, cảm biến độ ẩm đất và cảm
biến nhiệt độ. Từ đó áp dụng vào việc xây dựng lên hệ thống hỗ trợ cho việc chăm
sóc cây trồng thông minh. Phạm vi của hệ thống tập trung vào việc giải quyết các
vấn đề phát sinh trong hoạt động chăm sóc cây trồng tại nhà; theo dõi các thơng số
môi trường sống của cây tại một hoặc các địa điểm khác nhau trong nhà; xây dựng
lịch trình tưới cây tự động, hỗ trợ cho việc kiểm soát và điều phối nước phù hợp cho
nhiều loại cây trồng.
Để xây dựng được một hệ thống giải quyết các vấn đề đã nêu trên thì cũng cần
nghiên cứu các cơng nghệ để triển khai và áp dụng vào quá trình hình thành hệ thống
như: ngơn ngữ lập trình, cơng cụ lập trình, CSDL, bảo mật ATTT, … Để hệ thống có
thể hoạt động cần phải tìm ra phương pháp để kết nối thiết bị phần cứng với ứng dụng
phần mềm, làm cho các thao tác được thực hiện trên phần mềm có thể điều khiển được
các thiết bị phần cứng và các thông tin thu được từ phần cứng phải theo dõi được trên
phần mềm. Ngoài ra, để xây dựng lên một kho dữ liệu các loại cây trồng cũng cần phải
tìm hiểu về thông tin và đặc điểm của một số loại cây trồng phổ biến hiện nay.

1.5. Đóng góp của luận văn

Đề tài luận văn này có 3 đóng góp chính như sau:
Tìm hiểu lý thuyết cơng nghệ: (i) Tìm hiểu về ảnh hưởng của môi trường (độ
ẩm, nhiệt độ) đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. (ii) Tìm hiểu về các
phương hướng nghiên cứu ứng dụng các cơng nghệ IoT trong chăm sóc cây trồng.
(iii) Tìm hiểu về các thiết bị nhúng như mạch Arduino D1 R2, cảm biến độ ẩm đất
HT195, cảm biến nhiệt độ DHT11 và các công nghệ xây dựng ứng dụng trên thiết bị
di động.
Đề xuất giải pháp kết hợp các thiết bị nhúng và phần mềm trên thiết bị di động
để theo dõi mơi trường sống của cây và kiểm sốt lượng nước cung cấp cho cây
cũng như xác định thời điểm tưới cây thơng qua lịch trình thiết lập sẵn tại một hoặc
nhiều vị trí khác nhau.

5