báo cáo nhập môn đtvt đề tài thiết bị tưới cây tự động

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIKHOA/VIỆN: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<i><b>Năm học 2022-2023</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>LỜI MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ </b>

Nông nghiệp luôn là vấn đề trọng yếu của mỗi quốc gia trong việc bảođảm an ninh lương thực, nó là một trong hai ngành sản xuất vật chất quantrọng của nền kinh tế. Là khu vực sản xuất chủ yếu, đảm bảo đời sống cho xãhội, là thị trường rộng lớn cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm của nềnkinh tế và tích lũy cho cơng nghiệp. Việt Nam hiện nay vẫn còn là một nướcsản xuất chủ yếu về nông nghiệp với trên 66,9% dân số cả nước tập trungsống ở vùng nông thôn, lao động nông nghiệp chiếm tới 42% lao động trongtoàn xã hội.

Ngày nay, nước ta đang hướng tới xây dựng một nền cơng nghiệp phát triển, điều đó mang lại nhiều lợi ích cho đất nước nhưng cũngkèm theo nhiều hệ lụy, đặc biệt là ô nhiễm môi trường, một trong những mảngchịu thiệt hại rất lớn từ vấn đề trên chính là ngành nơng nghiệp. Bên cạnh đó,trong nhiều năm qua, sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam gặp rất nhiều khókhăn do các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng diễn biến phức tạp doảnh hưởng của biến đổi khí hậu tồn cầu, làm ảnh hưởng to lớn đến năng suấtcũng như chất lượng các sản phẩm từ nông nghiệp.

Cùng với đó, việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp,dịch vu, đã làm giảm đáng kể nhân lực trong nông nghiệp, và theo nhiều dựbáo số lượng này sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới, điều này đưa tớinhững bài toán cho việc giải quyết vấn đề nhân lực trong các ngành nơngnghiệp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Chính vì vậy, việc tìm kiếm những giải pháp mới để ổn định và nângcao chất lượng sản phẩm, năng suất thu hoạch trở thành ưu tiên hàng đầu củanhà nước trong những năm qua. Do đó, những ứng dụng cơng nghệ được đưavào trong việc chăm sóc, thu hoạch trong nơng nghiệp để khắc phục vấn đềthiên tai, môi trường, cũng như tiết kiệm nhân lực, đồng thời gia tăng năngsuất cây trồng, đơn giản hóa việc quản lý.

Một trong những ứng dụng công nghệ nổi bật được đưa vào trong nôngnghiệp trong những năm gần đây là Internet of thing ( viết tắt là IOT) đã vàđang đem lại nhiều kết quả thành công, dần dần được áp dụng và phổ biếntrên nhiều diện tích canh tác nơng nghiệp, vì vậy em chọn đề tài “ Hệ thốngtưới cây thông minh dựa trên IOT sử dụng cảm biến độ ẩm của đất vàesp8266” nhằm có hiểu biết thêm về tác động của công nghệ tới khả năng pháttriển của cây trồng, cũng như quản lý của người điều khiển, bên cạnh đó lànghiên cứu thêm về các ứng dụng cơng nghệ điện tử được đưa vào.

<b>2. MỤC ĐÍCH </b>

Mục tiêu của đề tài là xây dựng được một hệ thống IoT trong nơngnghiệp có khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm (thông qua các cảm biến), ổnđịnh điều kiện môi trường (thông qua bơm nước, máy quạt). Hệ thống này chophép thực hiện các thao tác giám sát – điều khiển trên một App thông quaWiFi.

<b>3. GIỚI HẠN</b>

<b>ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG gồm: </b>

 Kích thước của Hệ thống tưới cây thông minh dựa trên IOT sử dụng cảm biến độ ẩm của đất và Esp8266 : dài 40cm, cao 18cm, rộng 25cm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Sử dụng 2 module cảm biến : Module cảm biện độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí để truyền dữ liệu mơi trường của đối tượng canh tác vào bộ điều khiển trung tâm.

 Một Esp8266 đóng vai trị làm bộ điều khiển trung tâm.

 Dữ liệu của ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm được hiện trên smartphone qua ứng dụng Blynk

<b>4. BỐ CỤC </b>

<b>1. Phần mở đầu </b>

Trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dungnghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.

<b>2. Chương 1: Cơ Sở Lý Thuyết. </b>

Trình bày các lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thựchiện thiết kế, thi công cho đề tài.

<b>3. Chương 2: Thiết Kế và Thi Cơng </b>

Trình bày tổng quan các yêu cầu của để tài về thiết kế và các tính tốn hệthống bao gồm sơ đồ ngun lý toàn mạch và của từng phần của hệ thống.

<b>4. Chương 3: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá </b>

Trình bày kết quả thi cơng phần cứng và kết quả hình ảnh trên màn hìnhhay mơ phỏng tín hiệu, kết quả thống kê.

<b>5. Chương 4: Kết Luận và Hướng Phát Triển </b>

- Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài bao gồm thờigian nghiên cứu, kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá về đề tài và tính ứngdụng của đề tài trong thực tiễn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

- Trình bày kết quả đạt được so với mục tiêu đề ra ban đầu, nhận xét vàđánh giá kết quả đạt được của đề tài nghiên cứu. Hướng phát triển của đềtài sau này trong quá trình nghiên cứu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. ỨNG DỤNG CỦA IOT TRONG NÔNG NGHIỆP 1. Giới thiệu </b>

Từ khi lần đầu được giới thiệu cách đây gần 20 năm, cho tới hiện naycác ứng dụng IOT là một trong những mảng công nghệ phát triển nhất trongcuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0, nó xuất hiện và tác động tích cực tới từngngành, từng lĩnh vực trong đó có ngành nơng nghiệp.Ứng dụng IOT trongnơng nghiệp góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa họcvà giải phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao,giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải thiện bộ mặt cho cho nền nôngnghiệp trong tương lai gần.

Hình 1. Minh họa về IOT trong nơng nghiệp

<b>II. GIỚI THIỆU VỀ ỨNG DỤNG BLYNK. </b>

Blynk là một ứng dụng chạy trên nền tảng iOS và Android để điềukhiển và giám sát thiết bị thông qua internet. Blynk không bị ràng buộc vớinhững phần cứng cụ thể nào cả, thay vào đó, nó hỗ trợ phần cứng cho bạn lựachọn như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và nhiều module phần cứng phổbiến khác.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Hình 2. Kết nối blynk với thiết bị

<b>II. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 1. Kít ESP8266 </b>

Kít ESP8266 là kít phát triển dựa trên nền chíp Wifi SoC ESP8266 vớithiết kế dễ dàng sử dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trênborad. Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi sử lý vì thế bạn có thể trực tiếplập trình cho ESP8266 mà khơng cần thêm bất kì con vi sử lý nào nữa. Hiệntại có hai ngơn ngữ có thể lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềmIDE của Arduino để lập trình với bộ thư viện riêng hoặc sử dụng phần mềmnode MCU

Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU được dùng cho các ứng dụngcần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứngdụng liên quan đến IoT

Hình 3. Sơ đồ chân kít Esp8266

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>2. Module relay 5V. </b>

Rơ-le là một loại linh kiện điện tử thụ động rất hay gặp trong các ứngdụng thực tế. Khi bạn gặp các vấn đề liên quan đến công suất và cần sự ổnđịnh cao, ngồi ra có thể dễ dàng bảo trì

Hình 4. Sơ đồ chân module relay 5V

<b>3. DHT11 </b>

DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phírẻ và rất dễ lấy dữ liệu thơng qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wiretruyền dữ liệu duy nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúpdữ liệu nhận về được chính xác mà khơng cần phải qua bất kỳ tính tốn nào.

Hình 5. Dht11

<b>4. Cảm biến độ ẩm đất </b>

Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếunước đầu ra sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

bằng biến trở. Module Cảm biến phát hiện độ ẩm đất có thể sử dung tưới hoatự động khi khơng có người quản lý khu vườn của bạn hoặc dùng trong nhữngứng dụng tương tự như trồng cây.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>2. Phần mềm lập trình. Arduino IDE.</b>

Hình 8: Arduino App

<b>3. Sơ đồ nguyên lý tồn mạch. </b>

Hình 9. Sơ đồ ngun lý tồn mạch

<b> 4. Lưu đồ giải thuật </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Hình 10. Lưu đồ giải thuật

<b>III. THI CƠNG </b>

<b>1.Linh kiện sử dụng trong mạch </b>

Bảng 1. Linh kiện sử dụng trong mạch

<b>Tên linh kiện Số lượng </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

3 Nghiên cứu về module cảm biến nhiệt độ DHT11.

<b>2. Kết quả nghiên cứu.</b>

Qua đề tài này, em còn được trau dồi thêm kỹ năng giao tiếp các cảmbiến thơng dụng với Esp8266. Bên cạnh đó, kỹ năng truyền – nhận thông tinqua WiFi nhờ module Esp8266 Node MCU cũng được em hiểu rõ hơn.

Hệ thống điều khiển thông qua thiết bị thông minh bằng ứng dụngchuyên dụng được cài đặt sẵn trên thiết bị sử dụng hệ điều hành Android.

<b>BÁCH CHÈN ẢNH BYLINK ZƠ ĐÂY NHÉ</b>

Hình 12. Kết quả nghiên cứu

Ứng dụng này có đầy đủ các thơng tin được cập nhật liên tục từ bộ điềukhiển và các nút nhấn hỗ trợ cho quá trình điều khiển các thiết bị ngoại vi tạivườn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Ứng dụng này là giải pháp tối ưu trong việc sửa chữa, bảo trì các thiếtbị ngoại vi tại vườn.

Dữ liệu điều khiển có quy trình cụ thể như sau:

Hình 13. Quy trình truyền dữ liệu cảm biến dữ liệu lên app điện thoại.

Hình 14. Quy trình truyền dữ liệu từ App đến các thiết bị ngoại vi

Người nuôi trồng không cần phải lắp đặt hay thao gỡ nhà kính khimuốn trồng xen canh các loại cây khác nhau, với hệ thống IoT này, điều kiệncanh tác có thể được thay đổi một cách linh hoạt. Chi phí cho lượng điện tiêuthụ cho quá trình canh tác cũng được giảm đáng kể, vì hệ thống thực hiện điềukhiển tắt – mở các thiết bị ngoại vi một cách tự động, nhiệt độ khơng khí đạtkhoảng an tồn, quạt gió sẽ tự động tắt, độ ẩm đất đạt khoảng ổn định cho sựsinh trưởng và phát triển của cây, bơm nước tự động tắt; ngược lại, khi khôngđáp ứng được điều kiện môi trường đặt trước, hệ thống sẽ tự động mở hoặc tắtcác thiết bị ngoại vi để đảm bảo môi trường ni trồng ln ở trạng thái tốtnhất. Chính vì vậy, năng suất canh tác khi sử dụng hệ thống IoT này sẽ tăng

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

cao; bởi lẽ, điều kiện canh tác không phụ thuộc vào điều kiện môi trường, đápứng được nhu cầu của thị trường, nhu cầu của các khách hàng khó tính nhất.

<b>II. NHẬN XÉT </b>

Trong q trình thiết kế và thi cơng đề tài, em gặp nhiều khó khăn vàphát sinh trong việc lựa chọn linh kiện, hướng thiết kế, nhưng sau khi tìm hiểuthì những vấn đề trên đã được giải quyết.

Khó khăn lớn nhất của đề tài là việc nghiên cứu ra sau khi thu được giá trị đọc được từ cảm biến là thông báo để hiện thị lên app.

Sau thời gian nghiên cứu, thi cơng thì dự án đã hoàn thành kịp tiến độ.Hệ thống hoạt động tương đối ổn định. Nhưng những yêu cầu đặt ra đối với hệthống chỉ đạt trên 85%, vẫn còn điểm hạn chế là chưa áp dụng được vào quimô lớn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

hướng đến việc giúp cho những người nông dân giảm bớt thời gian và sức laođộng, trong q trình canh tác nơng nghiệp nên phải chú trọng độ ổn định vàchính xác dẫn đến nhiều khó khăn trong quá trình lập trình. Nhưng nhờ sựhướng dẫn của giảng viên hướng dẫn và các tài liệu tham khảo thì nhóm emđã giải quyết được tương đối u cầu của đề tài. Trong quá trình thực hiện đềtài về phần cứng,nhóm em đã tìm hiểu được chức năng của các chân IO củaESP8266 Node MCU để viết lệnh nhận dữ liệu từ các module cảm biến đểđiều khiển các thiết bị ngoại vi. Việc kết hợp các module này lại với nhau đểlàm việc ổn định mất nhiều thời gian nhưng cũng học hỏi được rất nhiều trongquá trình làm. Tuy rằng sản phẩm đã được hồn thành nhưng nhóm em vẫnnhận thấy sản phẩm cịn nhiều thiếu sót, cần được chỉnh sửa và cải tiến hơn.

Mơ hình có khả năng cập nhật dữ liệu từ đối tượng canh tác để xử lýtheo yêu cầu mà người dùng cài đặt.

<b>2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN </b>

Đề tài cơ bản đáp ứng được những yêu cầu đặt ra tuy nhiên để sảnphẩm hoàn thiện được hơn nữa thì địi hỏi cần được cải tiến và nghiên cứuthêm. Về chức năng, thiết bị được nghiên cứu chỉ dừng lại ở các chức năng cơbản: đọc nhiệt độ độ ẩm đất, độ ẩm khơng khí.

Một số chức năng nên bổ sung thêm là:  Độ PH: Xử lý pH trong đất.

 Phát triển mơ hình với quy mơ lớn hơn.

 Có lị sưởi để tăng nhiệt độ khi nhiệt độ xuống thấp.  Hồn thiện mơ hình và tối ưu một cách kinh tế hơn.  Có thể dùng năng lượng từ pin mặt trời để tạo ra nguồn điện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

 Cài đặt giá trị để cảmbiến theo điều kiện sống củatừng loại cây trồng.

</div>