Đồ án tốt nghiệp, đề tài hệ thống nông nghiệp thông minh 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
-----  -----

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề Tài
“THIẾT KẾ HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH
DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IOT ESP 8266”
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH:
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

GVHD : TS. Đào Minh Hưng
SVTH : Huỳnh Thái Hồi
MSSV : 4051080028
KHĨA : 40

Bình Định, 30/12/2021



TRƯỜNG
NHƠN
HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUY
CỘNG HOÀ XÃ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho nghành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông)
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thái Hồi
Mã sinh viên: 4051080028 Khóa: 2017 – 2022
Khoa: Kỹ thuật & Công nghệ
Ngành: Kỹ thuật Điện tử & Viễn Thông
I. Tên đề tài:
“Thiết kế hệ thống nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ iot esp 8266”
II Nội Dung
-

Tổng quan hệ thống nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ IoT.

-

Thiết kế hệ thống nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ IoT ESP 8266.

-

Thi công lắp ráp và đánh giá kết quả hệ thống nông nghiệp thông minh dựa
trên công nghệ IoT ESP 8266 Node Mcu.
III. Ngày giao nhiệm vụ: 20/9/2021
IV. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 30/12/2021

TRƯỞNG BỘ MƠN

(Ký và ghi họ tên)

Bình Định, ngày 30 tháng 12 năm 2021
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi họ tên)


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU.........................................................................................vi
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................1
PHẦN MỞ ĐẦU..........................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THƠNG MINH
DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ IoT..................................................................................4
1.1 Giới thiệu cơng nghệ IoT......................................................................................4
1.2 Những lợi ích mang lại khi sử dụng IoT...............................................................6
1.3 Những ứng dụng thực tế trong cuộc sống của IoT................................................6
1.4 Các giao thức truyền dẫn trong công nghệ IoT....................................................8
1.4.1 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)).........................................8
1.4.2 HTTP...........................................................................................................10
1.4.3 CoAP............................................................................................................12
1.5 Các thiết bị truyền thông không dây dựa trên nền tảng IoT................................14
1.5.1 LoRa............................................................................................................. 14
1.5.2 Công nghệ Wifi............................................................................................15
1.5.3 Bluetooth......................................................................................................16
1.5.4 ESP 8266 Node Mcu....................................................................................17
1.6 Kết luận..............................................................................................................19
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ IoT ESP 8266...................19
2.1 Mục tiêu thiết kế.................................................................................................19
2.2 Các phương án thực hiện mục tiêu.....................................................................19
2.3 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống............................................................................21
2.4 Thiết kế và lựa chọn các khối chức năng............................................................22
2.4.1 Khối điều khiển trung tâm............................................................................22

2.4.1.1 ESP8266 NodeMCU..............................................................................22
2.4.1.2 Arduino Uno R3.....................................................................................28
2.4.2 Khối nguồn...................................................................................................32
2.4.2.1 Module mạch nguồn hạ áp Lm 2596......................................................32
i


2.4.2.2 Pin năng lượng mặt trời 18V 60W........................................................33
2.4.2.3 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời 30A tự động 12V - 24V............34
2.4.2.4 Ắc quy 12V 14AH.................................................................................35
2.4.3 Khối cảm biến..............................................................................................36
2.4.3.1 Module cảm biến ánh sáng.....................................................................37
2.4.4.2 Module cảm biến độ ẩm đất...................................................................38
2.4.4.3 Cảm biến mưa........................................................................................39
2.4.4.4 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dây mềm..................................................41
2.4.4.5 Module cảm biến vật cản hồng ngoại HN2............................................43
2.4.5 Khối ứng dụng Android...............................................................................43
2.4.6 Khối hiển thị................................................................................................44
2.4.6.1 LCD 20*4.............................................................................................44
2.4.6.2 Module LCD I2C...................................................................................45
2.4.7 Khối nút nhấn..............................................................................................46
2.4.8 Khối thiết bị ngoại vi....................................................................................46
2.4.8.1 Máy bơm nước tăng áp 12v...................................................................46
2.4.8.2 Module relay kênh 5V............................................................................47
2.4.8.3 Động cơ giảm tốc...................................................................................48
2.4.8.4 Cơng tắc hành trình D3V-011-3C23 Omron..........................................49
2.5 Tính tốn điện áp và dòng điện cho khối nguồn cung cấp cho hệ thống.............50
2.6 Nguyên lý hệ thống............................................................................................53
Từ các thiết kế, sơ đồ nguyên lý hệ thống được biểu diễn như sau:.........................53
2.7 Kết luận chương 2..............................................................................................53

CHƯƠNG 3: THI CÔNG, LẮP RÁP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ........................52
3.1 Sơ đồ lắp ráp và tiến trình thi cơng.....................................................................52
3.2 Thi cơng hệ thống...............................................................................................52
3.2.1 Thi cơng bo mạch.........................................................................................52
3.2.2 Kiểm tra và sữa lỗi trên mạch.......................................................................55
3.3 Thi cơng mơ hình................................................................................................55
3.3 Lập trình, nạp và cài đặt phần mềm cho hệ thống điều khiển.............................56
3.3.1 Cài đặt Arduino IDE nộp chương trình điều khiển cho mạch điều khiển.....56
3.4 Kết nối ESP8266 NodeMCU với ứng dụng thông báo Blynk............................57
3.4.1 Bắt đầu kết nối app Blynk với esp 8266......................................................58
3.4.2 Server Blynk...............................................................................................60
ii


3.4.3 Quy trình thao tác của cả hệ thống...............................................................61
3.5 Lưu đồ giải thuật................................................................................................62
3.6 Đánh giá kết quả hoạt động...............................................................................66
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................69
PHỤC LỤC................................................................................................................70

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Danh mục hình ảnh chương
Hình 1.1 Mơ tả tương tác của mạng lưới thiết bị kết nối Internet.................................4
Hình 1.2 Minh họa về ứng dụng IoT trong nơng nghiệp................................................5
Hình 1.3 Bốn thành phần cơ bản của một hệ thống IoT................................................5
Hình 1.4 Thế giới kết nối máy móc với máy móc...........................................................8
Hình 1.5 Dạng yêu cầu/phản hồi của HTTP................................................................10
Hình 1.6 Radio packet của LoRa.................................................................................15
Hình 1.7 Wifi...............................................................................................................16

Hình 1.8 Bluetooth......................................................................................................16
Hình 1.9 Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ............................................................17
Hình 1.10 Khung truyền..............................................................................................18
Danh mục hình ảnh chương
Hình 2.1 Khung truyền.................................................................................................21
Hình 2. 2 Sơ đồ khối của esp8266 nodemcu................................................................27
Hình 2. 3 Sơ đồ kết nối giữa ESP8266 NodeMCU với Arduino Uno R3......................31
Hình 2. 4 Hình quy trình kết nối ESP8266 NodeMCU với Arduino Uno R3................32
Hình 2. 5 Hình ảnh lắp ráp hệ thống nguồn điện năng lượng mặt trời........................32
Hình 2. 6 Hình thực tế module Lm2596.......................................................................33
iii


Hình 2.7 Tấm pin mặt trời...........................................................................................34
Hình 2. 8 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời 30A.................................................35
Hình 2. 9 Ac quy 12v/14A............................................................................................36
Hình 2.10 Module cảm biến ánh sáng ngồi thực tế....................................................38
Hình 2.11 Module cảm biến đất 2................................................................................39
Hình 2.12 Hình thực tế module cảm biến mưa.............................................................40
Hình 2.13 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dây mềm........................................................42
Hình 2.14 Hình module hồng ngoại.............................................................................43
Hình 2.15 Sơ đồ kết nối với app blynk trên sever blynk...............................................44
Hình 2.16 LCD 20*4...................................................................................................45
Hình 2.17 Hình ảnh Module LCD I2C trong thực tế....................................................46
Hình 2.18 Hình ảnh thực thế của bơm tăng áp...........................................................47
Hình 2.19 Relay 5V......................................................................................................47
Hình 2.20 Động cơ giảm tốc........................................................................................48
Hình 2.21 Cơng tắc hành trình...................................................................................49
Hình 2.22 Sơ đồ khối của L298....................................................................................52
Hình 2.23 Thơng số đầu vào của L298........................................................................52

Hình 2.24 Sơ đồ ngun lý tồn mạch.........................................................................53
Danh mục hình ảnh chương
Hình 3.1 Sơ đồ lắp ráp.................................................................................................52
Hình 3.2 Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển..............................................................53
Hình 3.3 Ủi mạch in trên bảng đồng............................................................................53
Hình 3.4 Ngâm mạch bằng bột sắt để tan lớp đồng.....................................................54
Hình 3.5 Khoan lỗ cắm linh kiện.................................................................................54
Hình 3.6 Phun Sơn chống rỉ cho mạch........................................................................54
Hình 3.7 Lắp ráp bố trí linh kiện trên mạch................................................................55
Hình 3.8 Mơ hình thi cơng sau khi hồn chỉnh...........................................................55
Hình 3.9 Hình minh họa địa chỉ phần mềm Arduino...................................................56
Hình 3.10 Tải phần mềm Arduino................................................................................56
Hình 3.11 Giải nén phần mềm Arduino.......................................................................57
Hình 3.12 Chạy chương trình code trên phần mềm.....................................................57
Hình 3.13 Chèn link Arduino DE để nhận board.........................................................58
Hình 3.14 Thư viện tiến hành nộp chương trình điều khiển cho ESP 8266 NODE MCU
và Arduino Uno R3......................................................................................................58
Hình 3.15 Ứng dụng blynk...........................................................................................58
Hình 3.16 Tạo mã token Blynk.....................................................................................59
iv


Hình 3.17 Lấy mã token trên mail................................................................................59
Hình 3.18 Thêm mã token vào code điều khiển............................................................60
Hình 3.19 Hiển thị địa chỉ ip của esp 8266..................................................................60
Hình 3.20 Truy cập server...........................................................................................60
Hình 3.21 Hình hiển thị thơng tin hệ thống trên ứng dụng blynk.................................61
Hình 3.22 Giao diện màn hình điều khiển khi tất cả thiết bị bật và tắt........................61
Hình 3.23 Quy trình truyền dữ liệu cảm biến lên web.................................................62
Hình 3.24 Quy trình truyền dữ liệu từ web đến các thiết bị ngoại vi...........................62

Hình 3.25 Quy trình truyền dữ liệu từ App đến các thiết bị ngoại vi...........................62
Hình 3.26 Lưu đồ giải thuật của khối điều khiển ESP 8266 NodeMcu........................63
Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật khối điều khiển của Arduino Uno R3..............................64
Hình 3.28 Lưu đồ điều khiển thiết bị giữa esp 8266 với arduino uno r3.....................65

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Danh mục bảng biểu chương
Bảng 2. 1 Bảng chức năng các chân ESP 8266...........................................................23
Bảng 2. 2 Mô tả giao tiếp............................................................................................24
Bảng 2. 3 Thông số chung...........................................................................................25
Bảng 2. 4 Chế độ hoạt động các chân........................................................................26
Bảng 2. 5 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3.............................................................28
Bảng 2. 6 Thông số kỹ thuật........................................................................................47
Bảng 2. 7 Danh sách linh kiện với nguồn và dòng sử dụng tương ứng.......................50
Bảng 2. 8 Dòng điện sử dụng cho mạch điều khiển các thiết bị ngõ ra.......................51
Danh mục bảng biểu chương 3Y
Bảng 3. 1 Số liệu thực nghiệm.....................................................................................66

v


vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết
tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

DNS

Dynamic Host
Configuration Protocol
Domain Name System

Giao thức cấu hình máy chủ
động
Hệ thống phân giải tên miền

3

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền tập tin

4

GAN

Global Area Network

Mạng lưới khu vực toàn cầu

5

HTTPS

6

IP

Hyper Text Transfer
Protocol Secure
Internet Protocol

Giao thức truyền tải siêu văn
bản bảo mật
Giao thức internet

7

IPv4

Internet Protocol version 4

Giao thức internet phiên bản 4

8

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

9

MAN

Mạng lưới khu vực thành phố

10

NAT

11

OSI

12

OSPF

Metropolitan Area
Network
Network Address
Translation
Open System
Interconnection
Open Shortest Path First

13
14

PC

15

TCP/IP

16

VLAN

1

DHCP

2

RIP

Personal Computer
Routing Information
Protocol
Transmission Control
Protocol/Internet Protocol
Virtual Local Area
Network

Chuyển dịch địa chỉ mạng
Mơ hình kết nối hệ thống mở
Giao thức định tuyến cho các

mạng giao thức Internet
Máy tính
Giao thức định tuyến miền
trong
Giao thứ kiểm soát truyền/giao
thức internet
Mạng cục bộ ảo


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Đào Minh Hưng
giảng viên bộ mơn Điện tử Viễn thơng, đã tận tình giúp đỡ chúng em trong
lựa chọn 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 thầy nên em đã hoàn thành được đồ án đúng tiến độ.
Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Quy Nhơn, em
đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ thầy cơ và bạn bè. Với lịng
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.
Cuối cùng em xin chân thành biết ơn sâu sắc đến Hội đồng cùng quý
thầy cô trong Khoa Kỹ thuật và Công nghệ trường Đại học Quy Nhơn đã tận
tâm dạy dỗ và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Định , ngày 25 tháng 12 năm
2021
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thái Hoài


PHẦN MỞ ĐẦU
 Lý do chọn đề tài.
Hiện nay, khoa học công 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 công 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 mơi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng
năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Chính vì những lí do trên em đã thảo luận với thầy hướng dẫn là Thầy Đào
Minh Hưng để đưa ra các phương án tạo ra một hệ thống giám sát nơng nghiệp tiện
ích sử dụng cơng nghệ IoT, Em quyết định chọn đề tài: “ Thiết kế hệ thống nông
nghiệp thông minh dựa trên công nghệ IoT Esp 8266”.
Trong quá trình xây dựng, tìm hiểu các tài liệu trên internet, mặc dù đã cố gắng
rất nhiều, xong không tránh khỏi những thiếu sót về nội dung và in ấn, rất mong
nhận được sự góp ý của Hội Đồng và Thầy Cô.
Mục tiêu của đồ án là thiết kế hệ thống điện tử giám sát, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm,
thời tiết, an ninh, trạng thái hệ thống hoạt động và điều khiển hệ thống chăm sóc tưới
nước, bật quạt, kéo rèm che mưa từ xa hoặc tại vườn rau dựa vào công nghệ IoT Esp
8266.
 Cấu trúc đề tài:
 Chương 1: Tổng quan hệ thống nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ
IoT 8266
Giới thiệu công nghệ IoT, cụ thể là tổng quan Công nghệ IoT Esp 8266.
 Chương 2: Thiết kế hệ thống nông nghiệp thông minh dựa trên cơng

nghệ IoT esp 8266
Đặt ra bài tốn thiết kế và tiến hành thiết kế các khối chức năng trong
hệ thống nông nghiệp thông minh.
 Chương 3: Thi công lắp đặt hệ thống nông nghiệp thông minh dựa trên công
nghệ IoT Esp 8266
Thực hiện thi công, lắp đặt linh kiện hồn thành mơ hình hệ thống
nơng nghiệp thơng minh đánh giá kết quả thu được.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1


Đề tài có khả năng ứng dụng rất lớn vào cuộc sống trong thời buổi
công nghệ
4.0 đang phát triển rất mạnh trên thế giới, nó có thể phục vụ cho cuộc sống con người
đỡ phải mất nhiều thời gian sức lực để canh tác một nền nông nghiệp, to lớn hơn là
phục vụ cho nền nông nghiệp nước nhà trở nên tăng năng suất và phát triển cùng thế
giới vvv.. Đề tài là một ứng dụng rất thực tiễn. Và cao hơn nữa mơ hình của em có thể
được áp dụng trong sản xuất nông nghiệp như: đảm bảo lượng nước tưới tiêu cho cây
trồng, đảm bảo lượng nước trong các bể, hồ nuôi thủy sản, đảm bảo ánh sáng, nhiệt độ,
độ ẩm, bảo vệ mưa to, cảnh báo xâm nhập khu nông nghiệp ...vv và đặc biệt trong
nông nghiệp với khả năng quản lý nhiều điểm cần giám sát ở khoảng cách xa với mơ
hình truyền nhận dữ liệu bằng sóng wifi điều khiển qua ứng dụng điện thoại.
 Kết quả đề tài:
Em đã tiến hành nghiên cứu các tài liệu trên mạng để đưa ra cách xây dựng hệ thống
nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ IoT ESP 8266, kết quả hệ thống hoạt
động ổn định và có tính áp dụng thực tế cao, các cảm biến có thể thay thế và cấu hình
đơn giản, mạng có thể triển khai bất kì đâu, giá thành rẻ, cho phép phối ghép các chức
năng mới vì làm chủ được công nghệ xây dựng từ phần cứng đến phần mềm.
Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Định, ngày 30 tháng 12 năm
2021
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thái Hoài.

2


GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG MINH DỰA TRÊN
CÔNG NGHỆ IoT
1.1 Giới thiệu công nghệ IoT
IoT ( Internet of Things ) là mạng lưới vạn vật kết nối internet liên mạng, trong
đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thơng
minh"), phịng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần
mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho
các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu.

Hình 1. 1 Mơ tả tương tác của mạng lưới thiết bị kết nối Internet
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
3

GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp

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 từ đó đã hình thành và ra đời nhiều sản phẩm hỗ
trợ cho nơng nghiệp đó là các hệ thống tự động, hệ thống điều khiển thông minh bằng
nút nhấn, bằng ứng dụng nhờ vào các công nghệ wifi, blutooth, các loại sóng chẳng
hạng như là sóng RF.[ 5]

Hình 1. 2 Minh họa về ứng dụng IoT trong nông nghiệp.
Về kiến trúc xây dựng nên 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):

Hình 1. 3 Bốn thành phần cơ bản của một hệ thống IoT
+ 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.
4


GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp

+ 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.
1.2 Những lợi ích mang lại khi sử dụng IoT
Những lợi ích mà IoT đem lại được dàn trải hầu hết đến các tất cả các lĩnh vực
trong đời sống, kinh doanh… Dưới đây liệt kê ngắn gọn một số tính năng hữu ích của
IoT:
• Cải thiện việc gắn kết khách hàng - hệ thống IoT giúp phân tích các điểm mù
hiện tại, tìm ra những sai sót về độ chính xác. IoT thay đổi điều này để mang lại nhiều
sự gắn kết hơn và hiệu quả hơn với người dùng…Bên cạnh đó chúng cũng có khả
năng cho phép người dùng chia sẻ các sản phẩm qua mạng xã hội …
• Tối ưu hóa cơng nghệ - giúp nâng cao trải nghiệm của khách hàng cũng như
cải thiện việc sử dụng thiết bị và hỗ trợ cải tiến cơng nghệ.
• Giảm sự hao phí - IoT giúp việc quản lí tài nguyên ở các lĩnh vực được cải
thiện 1 cách rõ ràng hiệu quả hơn.
• Tăng cường việc thu thập dữ liệu - Thông thường, việc thu thập dữ liệu bị hạn
chế do thiết kế hệ thống mang tính thụ động. IoT phá vỡ sự ràng buộc, giới hạn của
thiết kế và tạo ra 1 hình ảnh chính xác của tất cả mọi thứ.
1.3 Những ứng dụng thực tế trong cuộc sống của IoT

Ứng dụng đầu tiên mà IoT áp dụng hiệu quả nhất đó là phục vụ hỗ trợ cho nơng
nghiệp. Nơng nghiệp cơng nghệ cao, IoT,…. có lẽ chưa bao giờ hai từ khóa này lại
được quan tâm nhiều đến như thế. Cũng phải thôi, nông nghiệp là sở trường của nước
5


GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp

ta theo đúng nghĩa đen. Công nghệ thông tin, điện tử, viễn thông cũng đang là sở
trường của các kỹ sư Việt Nam trên đấu trường quốc tế. Như vậy, nếu kết hợp được
việc ứng dụng IoT trong nơng nghiệp thì đây đúng là một hướng phát triển bền vững
và mạnh mẽ của nước ta.
Cụ thể, ứng dụng IoT vào nông nghiệp sẽ là:
– Áp dụng cơng nghệ khoa học vào tồn bộ q trình trong nơng nghiệp (khép
kín): Cụ thể là áp dụng công nghệ thông tin, điện tử, viễn thông vào các quá trình từ
chuẩn bị giống, đất,… → trồng trọt →chăn nuôi →thu hoạch → chế biến→ bảo quản
→ phân phối → đến bàn ăn.
– Dữ liệu thu thập được phải tạo thành database ở quy mô lớn, để dần tự động
hóa được cả q trình (tức là: loại bỏ dần “kinh nghiệm” của con người, chủ động
nhận biết vấn đề và đề xuất cách giải quyết). Nơm na, có thể gọi là trí tuệ nhân tạo,
thay con người đưa ra quyết định.
– Nhà kính hiện được sử dụng phổ biến ở nước ta, đặc biệt là ở Đà Lạt nơi có
lợi thế về khí hậu và thời tiết. Nhà kính ban đầu ra đời với mục đích giúp tách ly cây
trồng với điều kiện thời tiết bên ngoài. Dần dần, được bổ xung thêm các hệ thống kiểm
sốt khí hậu bên trong nhà kính ( nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,…) và hệ thống điều khiển
tưới. Hiểu nôm na hai hệ thống như sau:
+ Hệ thống điều khiển tưới: Hệ thống bao gồm các thiết bị: đầu tưới nhỏ giọt
hoặc đầu tưới phun sương/mưa, bộ châm phân, bộ điều khiển tưới... hệ thống giúp tưới

nước/phân một cách tiết kiệm, hiệu quả và đạt năng suất cao. Giúp người nông dân
giảm giá thành chi phí sản xuất.
+ Hệ thống điều khiển khí hậu: Hệ thống bao gồm các cảm biến nhận biết nhiệt
độ, độ ẩm bên trong ( và bên ngồi) nhà kính, hệ thống quạt thơng gió để đối lưu
khơng khí, hệ thống đèn chiếu sáng để có thể tăng cường ánh sáng khi cần thiết, trạm
đo thời tiết để biết các thông số: cường độ bức xạ mặt trời, cảnh báo mưa, tốc độ gió,
lưu lượng mưa,…. Mục đích giúp nhà kính duy trì ở điều kiện mong muốn.
Tất cả những việc áp dụng khoa học công nghệ IoT trong nơng nghiệp này góp
phần giảm thiểu chi phí nhân công, giá thành đầu vào thông qua việc sử dụng hợp lý
phân bón, nguồn nước …và nâng cao chất lượng của cây trồng bên trong, đưa nền
nông nghiệp nước nhà lên một tầm cao mới, có vị thế trên thị trường nơng sản quốc tế.
Ngồi ra thì cịn nhiều ứng dụng khác như :
• Smart Home
6


GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp
• Vật dụng mang theo trên người

• Quản lý chất thải, lập kế hoạch quản lý đô thị, môi trường, các thiết bị cá nhân
• Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp
• Mua sắm thơng minh
• Đồng hồ đo thơng minh
• Tự động hóa ngơi nhà
1.4 Các giao thức truyền dẫn trong công nghệ IoT
1.4.1 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport))
MQTT là một giao thức kết nối internet vạn vật trong các ứng dụng M2M.

Hình 1. 4 Thế giới kết nối máy móc với máy móc
MQTT là một giao thức theo cơ chế xuất bản/đăng ký, ở đó máy client có thể
xuất bản hay nhận bản tin. Nó giúp giao tiếp dễ dàng giữa nhiều thiết bị.
MQTT là một giao thức nhắn tin đơn giản được thiết kế cho các thiết bị bị hạn
chế và có băng thơng thấp, vì vậy nó là một giải pháp hoàn hảo cho các ứng dụng
internet vạn vật.
MQTT là một giao thức cực kỳ nhẹ cho việc truyền tải bản tin đăng ký/xuất bản.
Nó rất hữu ích cho việc kết nối với vị trí ở xa nơi có băng thơng khơng cao.
Đặc điểm của MQTT:
- MQTT có một số tính năng độc đáo khó có thể tìm thấy trong các giao thức
khác. Dưới đây là một số tính năng của MQTT:
7


GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp


Nó khơng u cầu cả Client và Server phải thiết lập kết nối cùng một lúc.



Nó cho phép Client đăng ký lựa chọn chủ đề để họ có thể nhận được thơng tin
họ đang tìm kiếm nhanh chóng.



Nó cung cấp truyền dữ liệu nhanh hơn, giống như cách WhatsApp / messenger
cung cấp việc phân phối nhanh hơn. Đó là một giao thức nhắn tin thời gian

thực.



Nó được thiết kế như một giao thức nhắn tin đơn giản và nhẹ sử dụng hệ thống
xuất bản / đăng ký để trao đổi thông tin giữa Client và Server.



Nó là một giao thức máy với máy, tức là nó cung cấp giao tiếp giữa các thiết bị.

MQTT rất phù hợp với các ứng dụng sử dụng thiết bị M2M và IoT cho các mục
đích như phân tích thời gian thực, bảo trì phịng ngừa và giám sát mơi trường, bao gồm
nhà thơng minh, chăm sóc sức khỏe, hậu cần, công nghiệp và sản xuất.
Ưu điểm và nhược điểm của MQTT
Ưu điểm:


Truyền dữ liệu hiệu quả và thực hiện nhanh chóng do nó là một giao thức
nhẹ.



Sử dụng mạng có băng thơng thấp, do gói dữ liệu được giảm thiểu.



Phân phối dữ liệu hiệu quả.



Gửi bản tin nhanh chóng và hiệu quả.



Sử dụng lượng điện năng nhỏ, tốt cho các thiết bị sử dụng pin.



Giảm băng thông mạng, giảm chi phí mạng.

Với ưu điểm trên, trong thiết kế này đã sử dụng Esp8266 đã tích hợp sẵn
MQTT để sử dụng cho hệ thống hỗ trợ thông minh cho nơng nghiệp.
Nhược điểm:


MQTT có chu kỳ truyền chậm hơn so với CoAP;



Tài nguyên hệ thống dành cho MQTT nó thay đổi theo số lượng Topic, trong
khi CoAP thì sử dụng tài ngun ổn định;



MQTT khơng được mã hóa. Thay vào đó, nó sử dụng TLS (Transport Layer
Security) / SSL (Secure Sockets Layer) để mã hóa bảo mật;
8

GVHD: Ts. Đào Minh Hưng

Đồ án tốt nghiệp
Rất

khó để tạo một mạng MQTT có thể mở rộng tồn cầu.

1.4.2 HTTP (HyperText Transfer Protocol)
HTTP là một giao thức ứng áp dụng cho các hệ thống thông tin siêu phương tiện
phân tán, cộng tác, cho phép người dùng giao tiếp dữ liệu trên World Wide Web.
Ví dụ: http: // www ……..: URL bắt đầu bằng đoạn HTTP
Cụ thể hơn, HTTP là một giao thức yêu cầu/phản hồi không trạng thái, nơi các
Client yêu cầu thông tin từ Server và Server sẽ phản hồi các yêu cầu này theo đó (mỗi
yêu cầu độc lập với u cầu khác). Nó cho phép tìm nạp các tài nguyên, chẳng hạn
như tài liệu HTML

Hình 1. 5 Dạng yêu cầu/phản hồi của HTTP
Hoạt động của HTTP:
Dữ liệu HTTP truyền trên giao thức TCP, đảm bảo độ tin cậy của việc phân phối
và chia nhỏ các yêu cầu và phản hồi dữ liệu lớn thành các phần mạng có thể quản lý
được.
Đây là cách nó hoạt động: lúc đầu, client gửi một gói SYN đến Server và sau đó
Server sẽ phản hồi với gói SYN-ACK để xác nhận việc nhận thành cơng. Tiếp theo,
Client lại gửi một gói ACK, bao gồm một thiết lập kết nối – điều này cũng thường
được gọi là bắt tay 3 bước. Ngoài ra, Client gửi một yêu cầu HTTP đến Server để tìm
tài ngun và đợi nó phản hồi một u cầu. Sau đó webserver sẽ xử lý u cầu, tìm tài
ngun và gửi phản hồi đến Client. Nếu Client không yêu cầu thêm tài nguyên, nó sẽ
gửi gói FIN để đóng kết nối TCP.
Ứng dụng của HTTP:
9