Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.2 MB, 101 trang )
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Trong nông nghiệp, sự phát sinh, phát triển và lây lan các dịch bệnh
do nhiều yếu tố ngoại cảnh như: độ ẩm đất, nhiệt độ, độ pH… và dịch
bệnh lây lan từ nơi này đến nơi khác gây ảnh hưởng đến cây trồng, không
mang lại năng suất cao. Vì thế người ta đã tạo ra vườn nhà kính nhằm cách
ly vườn rau với các yếu tố ngoại cảnh, các tác nhân không tốt cho cây tr ồng
và dịch bệnh và dễ dàng cho việc chăm sóc, tưới tiêu, thu hoạch.
Và để tối ưu hơn, chúng em nghĩ đến việc giám sát, điều khiển các yếu
tố ngoại cảnh như độ ẩm đất, ánh sáng, nhiệt độ ở mức phù hợp nhất cho cây
phát triển tốt bằng cách ứng dụng Internet of Things.
1.2 Internet of things
Thuật ngữ “Internet of Things” (viết tắt là IoT) dạo gần đây xuất
hiện khá nhiều và thu hút không ít sự quan tâm chú ý của thế gi ới công
nghệ. Vì sự bùng nổ của IoT trong tương lai sẽ có tác động mạnh mẽ tới
cuộc sống, công việc và xã hội loài người.
Thực tế, Internet of things đã manh nha từ nhi ều thập kỹ trước. Tuy
nhiên mãi đến năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton,
Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT,
nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao ti ếp
không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác.
1.2.1Internet of Things là gì?
Internet of Things (IoT) – Mạng lưới thiết bị kết nối Internet là một viễn
cảnh của thế giới, khi đó mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh
(tương tự ID) của riêng mình. Tất cả chúng sẽ có khả năng truyền tải, trao đổi dữ
liệu qua một mạng duy nhất mà không cần sự tương tác trực tiếp giữa người với
1
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
người, hay giữa người với máy tính. IoT là sự kết hợp của công nghệ không dây,
công nghệ vi cơ điện tử và internet.
Nói một cách đơn giản, Internet of Things là khi tất cả mọi thứ đều
được kết nối với nhau qua mạng Internet, người dùng (chủ) có thể ki ểm
soát mọi đồ vật của mình qua mạng chỉ bằng một thiết bị thông minh,
chẳng hạn như smartphone, tablet, PC…
1.2.2Kiến trúc một hệ thống Internet of things
Một hệ thống Iot cơ bản được tạo thành bởi 4 phần: Vạn vật (Things),
trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and
Cloud) và các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions
Layers).
Vạn vật (Things): Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện
hữu trên thị trường gia dụng và công nghệ, ở trong nhà hoặc
trên tay của người dùng. Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị cảm
biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang được kết nối
trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây và truy cập
vào Internet. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được
sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các
thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua
các trạm kết nối.
Trạm kết nối (Gateways): Một rào cản chính khi tri ển khai
IoT đó là gần 85% các vật dụng đã không được thiết kế để
có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữ liệu với
điện toán đám mây. Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết
nối sẽ đóng vai trò là một trung gian trực tiếp, cho phép các
vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một
cách bảo mật và dễ dàng quản lý.
Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):
-
Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu
của nhiều mạng IP được kết nối với nhau và liên kết với
2
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
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 soát 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.
-
Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây: Các trung
tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một
hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo
hóa được kết nối.
Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and
Solutions Layers): Intel đã kết hợp những phần mềm quản
lý API hàng đầu (Application Progmraming Interface) là
Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giải
pháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết
giá trị của việc phân tích các dữ liệu từ hệ thống và tài sản
đang có sẵn.
1.2.3Ứng dụng của Internet of things
IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thư như sau:
• Quản lí chất thải
• Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị
• Quản lí môi trường
• Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp
• Mua sắm thông minh
• Quản lí các thiết bị cá nhân
• Đồng hồ đo thông minh
• Tự động hóa ngôi nhà
• Ứng dụng trong nông nghiệp
3
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Tác động của IoT rất đa dạng, trên các lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y
tế, xây dựng và tự động hóa, giao thông…. Cụ thể trong lĩnh vực y tế, Thiết
bị IoT có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ th ống
thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể dao động từ
huyết áp và nhịp tim màn với các thiết bị tiên tiến có khả năng giám sát cấy
ghép đặc biệt, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp hoặc trợ thính tiên tiến.
cảm biến đặc biệt cũng có thể được trang bị trong không gian sống để theo
dõi sức khỏe và thịnh vượng chung là người già, trong khi cũng bảo đảm xử
lý thích hợp đang được quản trị và hỗ trợ người dân lấy lại mất tính di
động thông qua điều trị là tốt. thiết bị tiêu dùng khác để khuyến khích l ối
sống lành mạnh, chẳng hạn như, quy mô kết nối hoặc máy theo dõi tim
mặc.
1.3 Giới thiệu chung về vườn nhà kính
Vườn rau nhà kính (hình 1.1) là một ứng dụng không quá mới trên
thế giới nhưng vẫn chưa phổ biến với nền nông nghiệp nước ta hiện nay.
Rau được trồng trong một hệ thống nhà được bao bọc xung quanh bởi
nilong. Hệ thống này có thể điều chỉnh được nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng...
mang lại sản phẩm chất lượng trong nông nghiệp, hiệu quả kinh tế cao.
4
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Hình 1.1 Mô hình vườn rau nhà kính
1.3.1 Hệ thống khung sườn vườn nhà kính
Hình 1.2 Khung sườn vườn nhà kính
5
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Hệ thống nhà kính sử dụng mái che, rèm che bằng nilong, mái vòm.
Khung sườn vườn nhà kính (hình 1.2) bằng sắt và bao bọc xung quanh
vườn là lưới hoặc nilong để ngăn chặn sâu bệnh từ ngoài lây lan vào vườn
rau, hạn chế bớt ảnh hưởng xấu từ khí hậu như mưa gió, nắng nóng, sương
muối, …
1.3.2 Cấu trúc mái che
Mái che vườn nhà kính được thiết kế hình vòm và phủ một lớp
nilong để ngăn không cho mưa tác động đến vườn rau, ngăn thiệt hại như
mưa lớn, mưa đá, sương muối,…
1.3.3 Hệ thống tưới phun sương
Tưới phun sương là hình thức đưa nước tưới dưới dạng mưa nhân
tạo nhờ các thiết bị hỗ trợ và đầu phun ( hình 1.3).
Tưới phun sương nhằm tiết kiệm một lượng nước khổng lồ, tiết
kiệm công tưới. Tưới phun sương đáp ứng tốt yêu cầu tưới, làm sạch lá,
nước được phân bố đều, cây sinh trưởng tốt.
Hình 1.3 Hệ thống tưới phun sương
6
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
1.3.4 Hệ thống làm mát, thông gió
Hệ thống làm mát, thông gió (hình 1.4) làm mát bằng thông gió tự
nhiên phía trên mái hoặc bên hông của vườn sử dụng quạt thông gió và đẩy
khí lưu thông trong vườn nhằm làm giảm nhiệt độ khi nhiệt độ không khí
quá cao gây ảnh hưởng xấu đến cây trồng và làm thông thoáng khống khí,
giúp cây sinh trưởng tốt hơn.
Hình 1.4 Quạt thông gió và làm mát vườn rau
1.3.5 Đèn chiếu sáng
Đèn sẽ được bật tự động vào những ngày trời mù, ánh sáng mặt trời
không đủ cho cây quang hợp và phát triển hoặc tăng số gi ờ chi ếu sáng vào
những mùa cây ra hoa, kết trái. Khi trời tối chế độ này sẽ được tắt đi.
1.4 Hệ thống giám sát và điều khiển
1.4.1 Hệ thống giám sát
Hiển thị các giá trị đo được như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, độ ẩm đất,
các trạng thái làm việc của các thiết bị như quạt, bơm nước, đèn lên web và màn
hình tại chỗ, gần với vườn rau để người nông dân dễ dàng giám sát các thông số
điều kiện khí hậu với vườn rau của mình khi ở vườn hoặc đi xa.
7
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
1.4.2 Hệ thống điều khiển
Hệ thống sử dụng hai phương pháp điều khiển là bằng tay và tự
động.
Điều khiển bằng tay bằng cách đến trực tiếp vườn rau, điều khi ển
các thiết bị bằng cách nhấn nút trên tủ điện hoặc điều khiển các thi ết bị
trên web bằng điện thoại hoặc máy tính mà không cần đến trực tiếp vườn
rau.
Điều khiển tự động: Các cảm biến sẽ đo giá trị môi trường và so
sánh với giá trị đặt. Nếu chưa phù hợp sẽ điều khiển các thi ết bị tác động
như quạt, bơm, đèn để cây trông có môi trường sinh trưởng tốt.
8
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG
2.1 Sơ đồ tổng quát
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát đề tài
Mô tả hệ thống
Hệ thống gồm 6 bộ phận chính.
-
Bộ phần xử lí: sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560 có chức
năng tính toán, xử lí dữ liệu được đưa về từ các cảm biến, từ đó đưa ra
các tín hiệu điều khiển hoạt động của các thiết bị cơ cấu chấp hành,
-
cũng như đưa ra tín hiệu hiển thị trên màn hình hiển thị LCD.
Bộ phận cảm biến: bao gồm cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến
nhiệt độ, cảm biến độ ẩm đất có chức năng thu thập dữ liệu môi
-
trường, đưa đến bộ phận xử lý để phân tích, so sánh.
Bộ phận hiển thị và chấp hành: gồm có màn hình LCD 16x2 để hiển
thị giá trị cảm biến đo được; quạt dùng để làm mát khi nhiệt độ vượt
9
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
quá nhiệt độ cho phép; bơm nước để tưới nước cho cây trồng, cùng hệ
-
thống đèn led để đảm bảo đủ ánh sáng cho quang hợp của cây trồng.
Bộ phận điều khiển: gồm có 8 nút bấm thực hiện các chức năng: chọn
chế độ làm việc (auto/manual), 2 nút điều khiển đèn (on/off), 2 nút
điều khiển quạt (on/off), 2 nút điều khiển bơm nước (on/off), 1 nút
-
reset hệ thống.
Bộ phận thu-phát sóng wifi: sử dụng Module wifi ESP8266 để kết nối
song wifi, thông qua thực hiện nhiệm vụ trao đổi dữ liệu giữa hệ thống
-
và mạng Internet.
Giao diện giám sát và điều khiển: được viết bằng ngôn ngữ html, có
thể sử dụng máy lính hay smart phone để truy cập, có chức năng hiển
thị giá trị cảm biến đo được, các nút chức năng điều khiển hiển thị
chấp hành cũng như nhập giá trị đặt cho hệ thống.
Thông qua việc so sánh giá trị cảm biến đo được và giá trị đặt hệ thống
sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển hoạt động của các thiết bị quạt, đèn, bơm nước. Việc
set giá trị đặt được thực hiện bằng hai cách, cách thứ nhất là trực tiếp thay đổi
trong chương trình nạp vào vi điều khiển Arduino, cách thứ hai là thay đổi trên
giao diện wed giám sát và điều khiển thông qua việc nhập thông số vào ô
setpoint.
2.2 Board Arduino mega2560
2.2.1 Giới thiệu về Arduino mega2560
Arduino mega2560 (hình 2.2) là board mạch tổ hợp sử dụng vi điều
khiển Atmega2560. Nó có 54 chân vào/ra, trong đó có 15 chân có th ể sử
dụng như là kết quả đầu ra PWM, 16 chân vào anolog, 4 chân UART, hoạt
động ở tần số 16MHz, kết nối USB, 1 jack DC, 1 đầu ICSB, 1 nút reset…
Arduino mega2560 chứa tất cả những thứ cần thiết để lập trình và tự học.
Chỉ cần kết nối board với máy tính bằng cap USB, một bộ chuyển đổi
AC/DC hoặc pin là có thể cấp nguồn cho board mega2560.
10
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Hình 2.2 Board mạch arduino Mega2560
Thông số cơ bản:
Vi điều khiển Atmega2560
Điện áp hoạt động: 5V
Điện áp đầu vào: 7-12 V
Digital I/O pins: 54
Anolog input pins: 16
Bộ nhớ flash: 256KB
SRAM: 8KB
EEPROM: 4KB
Clock speed: 16MHz
Arduino mega2560 có một số phương tiện truyền thông với máy
tính,
arduino khác, vi điều khiển khác. Nó có phần cứng dành cho giao ti ếp là
cổng
USB, cổng com….
2.2.2 Lý do chọn board Arduino mega2560
11
Lập trình dễ dàng với ngôn ngữ tương tự như C, C ++…
Giá thành rẻ nhưng đáp ứng đầy đủ những gì cần thiết.
Dễ bảo quản, sữa chữa và tin cậy.
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
-
Dung lượng khá lớn đủ để chứa được những chương trình phức tạp.
Giao tiếp được với các thiết bị khác như máy tính, điện thoại và nối
-
mạng.
Việc gắn các cảm biến hay moduel cho board Arduino mega2560
bằng cách gắn phía trên board tạo thành tầng và gọn gang.
2.2.3 Phần mềm lập trình cho Arduino mega2560
Phần mềm sử dụng cho board Arduino mega2560 là phần mềm Arduino
IDE. IDE (Integrated Development Environment) là phần mềm hỗ trợ phát triển
tích hợp dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương trình cho board mạch
Arduino.
2.3 Mạch thu phát Wifi ESP8266
2.3.1 Giới thiệu về ESP8266
Mạch thu phát Wifi ESP8266 Uart ESP-01 (hình 2.3) sử dụng IC Wifi
SoC ESP8266 của hãng Espressif, được sử dụng để kết nối với vi điều khi ển
thực hiện chức năng truyền nhận dữ liệu qua Wifi, mạch có thi ết kế nhỏ
gọn, sử dụng giao tiếp UART với bộ thư viện và code mẫu rất nhiều từ cộng
đồng (search google esp-01), ESP-01 được sử dụng trong các ứng dụng IoT
và điều khiển thiết bị qua Wifi,...
Hình 2.3 Mạch ESP8266
12
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
2.3.2 Tính năng của ESP8266
Điện áp sử dụng: 3.3 VDC
Điệp áp giao tiếp: 3.3 VDC
Dòng điện tiêu thụ: Max 320mA (nên sử dụng module cấp
nguồn riêng cho mạch)
Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
Wifi 2,4 GHz, hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEB,
WPA_PSK, WPA2PSK, WPA_WPA2_PSK
Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
Chuẩn giao tiếp UART với Firmware hỗ trợ bộ tập lệnh AT
Command, tốc độ Baudrate mặc định 9600 hoặc 115200.
Có 3 chế độ hoạt động: Client. Access Point, Both Client and
Access Point
Kính thước: 24.8 x 14.3 mm
2.3.3 Sơ đồ chân ESP8266
Hình 2.4 Sơ đồ chân ESP8266
Hình 2.5 Kết nối ESP8266 với Arduino Mega2560
13
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
2.4 Cảm biến DHT11
Hình 2.6 Cảm biến DHT11
DHT11 (hình 2.6) là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ
và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wrie (giao tiếp digital 1-wire
truyền dữ liệu duy nhất). Cảm biến được tích hợp bộ xử lý tín hiệu giúp dữ
liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 3-5V(DC)
Dãi độ ẩm hoạt động: 20%-90% RH, sai số ± 5%RH
Dãi nhiệt độ hoạt động: 0-50°C, sai số ± 2°C
Khoảng cách truyền tối đa: 20m
2.5 Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 (hình 2.7) được sử dụng để
đo cượng độ ánh sáng theo đơn vị lux, cảm biến có ADC nội và bội tiền xử lý
nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng lux mà không
phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào thông qua giao ti ếp I2C.
Thông số kỹ thuật:
14
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Nguồn 3-5 VDC
Giao tiếp: I2C
Khoảng đo: 1-63555 lux
Kích cỡ: 21*16*3.3mm
Hình 2.7 Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750
2.6 Cảm biến độ ẩm đất
Đặc tính cảm biến độ ẩm (hình 2.8):
Cảm biến độ ẩm đất bình thường đầu ra mức thấp, khi đất
thiếu nước đâu ra sẽ mức cao. Module có thể sử dụng để
tưới nước tự động
Độ nhạy của cảm biến độ ẩm đất có thể điều chỉnh được
bằng cách điều chỉnh biến trở màu xanh trên board mạch.
Phần đầu dò được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm, khi độ
ẩm đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng
thái từ mức lên mức cao
Thông số kỹ thuật:
15
Điện áp làm việc:3.3-5V.
Có lỗ cố định để lắp đặt thuận tiện.
PCB có kính thước nhỏ: 3.2x 1.4 cm.
Sử dụng chip LM393 để so sánh, ổn định làm việc.
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Hình 2.8 Cảm biến độ ẩm đất
2.7 Đèn led thanh samsung 1404
Tính năng:
Nguồn sáng: LED SMD 1404 SAMSUNG siêu sáng
Tính năng tiết kiệm điện, bảo vệ môi trường, tuổi thọ cao
Nhiệt độ môi trường thích ứng: -20°C đến 70 °C
Cắt, nối thuận tiện, dễ dàng, an tàn tuyệt đối
Thể tích nhỏ, dễ vận chuyển, sử dụng
Thông số kỹ thuật:
Chip led: báng LED SMD 1404 SAMSUNG KOREA
Số lượng bóng: 72LED/m
Kích thước: 1m x 5.5mm x 4mm
Điện áp: 12V DC
Công suất tiêu thụ: 18W
Góc nhìn: 120 độ
Tuổi thọ: 30000-50000h
Màu sắc: Trắng lạnh, trắng tinh, trắng ấm
Hình 2.9 Led thanh samsung 1404
16
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
2.8 Quạt DC 12V
Thông số kỹ thuật:
Quạt 12 V DC
Dòng: 0.16 A- 2300RPM
BOK: Model BDM80255
Kích thước: 40x40cm
Hình 2.10 Quạt DC 12V
2.9 Bơm nước
Thông số kỹ thuật:
Điện áp: 9 - 12 V
Công suất: 12W
Lưu lượng: 2L/phút
Trọng lượng: 0.2 Kg
Dài: 88mm
Ngang: 39mm
Bơm cao lên được đến 2m
Loại bơm màng, khả năng tự hút
Hình 2.11 Bơm nước
17
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
2.10 Module thời gian thực RTC DS1307
Hình 2.12 Module thời gian thực DS1307
Module thời gian thực DS1307 (hình 2.12) có chức năng lưu trữ
thông tin ngày tháng năm cũng như giờ phút giây, nó sẽ hoạt động như một
chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ liệu ra ngoài qua giao thức I2C. Module
được thiết kế kèm theo một viên pin đồng hồ có khả năng lưu trữ thông tin
lên đến 10 năm mà không cần cấp nguồn 5V từ bên ngoài. Module đi kèm
với EEPROM AT24C32 có khả năng lưu trữ thêm thông tin lên đến 32Kbit.
Thông số kỹ thuật:
Nguồn cung cấp: 5VDC.
Khả năng lưu trữ 32K bit với EEPROM AT24C32.
Sử dụng giao thức 2 dây I2C.
Lưu trữ thông tin giờ phút giây AM/PM.
Lịch lưu trữ chính xác lên đến năm 2100.
Có pin đồng hồ lưu trữ thông tin.
Có ngõ ra tần số 1Hz.
Kích thước: 16 x 22 x 23mm.
2.11 Module 4 relay
Module 4 relay (hình 2.13) sử dụng nguồn 12V DC để nuôi mạch, tín
hiệu kích có thể tùy chọn kích mức cao (High-12V DC) hoặc mức thấp (Low
18
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
– 0V DC) qua Jumper trên mỗi relay. Thích hợp cho các thi ết bị sử dụng mức
tín hiệu 12V DC.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp nuôi mạch: 12V DC
Dòng tiêu thụ: 200mA/1Relay
Tín hiệu kích: High (12V DC) hoặc Low (0V DC)
Kích thước: 72 x 55 x 19mm
Hình 2.13 Module 4 relay
2.12 Màn hình LCD 16x2
Hình 2.14 Màn hình LCD 16x2
19
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Màn hình text LCD1602 (hình 2.14) xanh lá, có khả năng hiển thị 2
dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến dùng để
hiển thị thông số cảm biến thu được.
Thông số kỹ thuật:
20
Điện áp hoạt động là 5 V.
Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
Chữ đen, nền xanh lá
Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi
kết nối với Breadboard.
Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ
việc kết nối, đi dây điện.
Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình
độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN, VIẾT CHƯƠNG
TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ LẮP ĐẶT MÔ HÌNH
3.1 Nguyên lý hoạt động
Hình 3.1 Mô hình tổng quát của hệ thống
Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Hệ thống được thiết kế hoạt động với hai chế độ AUTO và MANUAL:
-
Với chế độ AUTO, dữ liệu từ các cảm biến độ ẩm đất, nhiệt độ, cường
độ ánh sáng sẽ được thu thập truyền về bộ phận sử lý là Arduino. Tại
đây dữ liệu được sử lí và hiển thị lên màn hình LCD đồng thời thông
qua module Wifi ESP8266 gửi lên database hiển thị trên giao diện
wed.
Cùng lúc này số liệu thu được sẽ được Arduino xử lí và so sánh
với giá trị đặt đã được cài đặt trong chương trình.
Nếu nhiệt độ đo được lớn hơn nhiệt độ đặt (35*C), arduino xuất
tín hiệu kích mở relay 4 - bật quạt làm mát, nếu nhỏ hơn hoặc
bằng - tắt relay 4.
21
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
Nếu cường độ ánh sáng đo được thấp hơn cường độ đặt (80 lux),
xuất tín hiệu mở relay 3 – bật đèn led chiếu sang bổ xung, nếu
cao hơn hoặc bằng – tắt relay 3. Kể từ thời điểm 18h, chức năng
điều khiển tự động sẽ được tắt cho đến thời điểm 6h ngày hôm
sau.
Khi độ ẩm đất thấp hơn độ ẩm đặt (60%), xuất tín hiệu mở relay
2 – bật máy bơm nước, khi độ ẩm cao hơn hoặc bằng 60% - tắt
relay 2.
Với chế độ MANUAL, các số liệu cảm biến thu được cũng được hiển thị ở màn
hình LCD và giao diện wed nhưng hoạt động của các thiết bị đèn, quạt hay
máy bơm được người dùng điều khiển trực tiếp tại chỗ bằng nút nhấn hay
trên giao diện wed mà không phụ thuộc vào giá trị đặt.
22
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
3.2
Sơ đồ thuật toán
Hình 3.2 Sơ đồ thuật toán hệ thống
23
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
3.3 Thiết lập chương trình điều khiển
Chương trình điều khiển cho mô hình được viết dựa vào thuật toán trên
bởi phần mềm IDE ( hình 3.3).
Hình 3.3 Giao diện viết chương trình IDE
-
Vòng lặp chính
void loop()
{
ReadESP();
ProcessESPMessage();
ProcessButtons();
ReadLightSensor();
ReadAirSensor();
ReadSoilSensor();
ReadTime();
UpdateToWeb();
DisplayLCD();
24
Đề tài: “Ứng dụng IoT vào hệ thống vườn nhà kính”
ControlRelays();
#ifdef DEBUG
Debug();
#endif
}
-
Lấy dữ liệu cảm biến
void ReadSoilSensor()
{
SoilHumidityValue = ((1023 - (float)analogRead(SoilSensorPin)) /
1023) * 100;
}
void ReadLightSensor()
{
RUN_EVERY(LightSensorScheduler, 1000)
LightValue = LightSensor.readLightLevel();
}
void ReadAirSensor()
{
DHT11Sensor.read(DHTPin,
&TemperatureValue,&HumidityValue,NULL);
}
-
Hiển thị LCD
void DisplayLCD()
{
RUN_EVERY(LCDScheduler, 500)
LCD.clear();
LCD.setCursor(0, 0);
if (Mode == AUTO)
LCD.print("AUTO");
25
