Luận văn tốt nghiệp Hệ thống tưới tiêu tự động (sử dụng esp32 tương tác bằng wifi)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3 MB, 83 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU THÔNG MINH
Ngành:

KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ.

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn :TRẦN THANH VŨ
Sinh viên thực hiện

:LÊ TRẦN MINH NHẬT
NGUYỄN TẤN ĐẠT

MSSV: 1451030041

Lớp: DC14

1451030015

TP. Hồ Chí Minh, 29 tháng 12 năm 2018.

LỜI MỞ ĐẦU
Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng
công nghệ nhất. Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển,
nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm canh tác của những người

nông dân về tính mùa vụ của cây trồng, về thời tiết,… Chính vì vậy, năng suất và
hiệu suất canh tác gần như được để ngỏ, mang tính “may, rủi”.
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số
nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực, thực phẩm là một trong những thách
thức mang tính toàn cầu. Và nhu cầu tự trồng, tự chăm sóc đảm bảo có thực phẩm
sạch đang là xu hướng của cư dân thành thị hay các khu đô thị hiện nay. Ngành
nông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả sản
xuất. Do đó công nghệ cần được áp dụng vào nông nghiệp nhiều hơn.
Do đó, là một sinh viên ngành Điện – Điện Tử Viễn Thông, cần nắm bắt
được sự phát triển không ngừng của khoa học - kĩ thuật, những tiến bộ công nghệ
và những ý tưởng mới lạ để có thể ứng dụng vào cuộc sống hiệu quả hơn, bên cạnh
đó sâu xa hơn là thúc đẩy sự phát triển của nền nông nghiệp nước nhà nói chung và
nông nghiệp tiểu canh hộ gia đình, khu đô thị nói riêng, nắm bắt và đi cùng với xu
thế phát triển đó, em đã chọn đề tài “Hệ thống tưới tiêu thông minh” (Mô hình hệ
thống tự động chăm sóc cây trồng, tưới tiêu thông minh, giám sát cây trồng từ xa
và điều khiển thông qua smart phone” ) để làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại học
của sinh viên.
Tp Hồ Chí Minh, Ngày…. Tháng….Năm 2018
Sinh viên thực hiện
Lê Trần Minh Nhật
Nguyễn Tấn Đạt

LỜI CÁM ƠN
Qua những năm tháng học tập và rèn luyện tại Trường Đại Học Giao Thông
Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh, nhận được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của
quý thầy cô khoa Điện- Điện Tử Viễn Thông, khoa mà em đã gắn bó suốt 4 năm
qua, đã truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu về lý thuyết và thực
tiễn trong suốt thời gian học ở giảng đường. Cùng với sự nỗ lực của bản thân và
với sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu hay là có sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp

hay gián tiếp của người khác đã góp phần giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại
học này.
Từ những kết quả đạt được này, em xin chân thành cảm ơn: Thầy giảng viên
hướng dẫn Trần Thanh Vũ đã hướng dẫn và góp ý kiến quý báu giúp em hoàn
thành đồ án tốt nghiệp đại học này và cùng với đó là các thầy, cô khoa Điện- Điện
Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh đã
nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu, quan trọng và cần thiết
cho em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót trong cách xây
dựng và thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học này. Em rất mong nhận được sự thông
cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để em tiếp thu thêm để làm cho đồ án tốt
nghiệp đại học của em đạt được kết quả tốt hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên sinh viên thực hiện: Lê Trần Minh Nhật

1451030041

Nguyễn Tấn Đạt

1451030015

Lớp DC14.
Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp – Khoa Điện – Điện tử viễn thông,
Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh.
Nhóm em xin cam đoan về đề tài luận văn tốt nghiệp “Hệ thống tưới tiêu tự
động” do TS.Trần Thanh Vũ hướng dẫn là dự án nghiên cứu của chính nhóm em
thực hiện. Tất cả tài liệu và vật tư sử dụng đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.

Nếu có bất cứ sự gian lận nào thì nhóm em xin chịu hoàn toàn mọi trách
nhiệm trước Hội Đồng, cũng như kết quả luận văn của nhóm.
Tp.HCM. ngày

tháng

năm 2018.

Sinh viên thực hiện

Lê Trần Minh Nhật

Nguyễn Tấn Đạt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
Tp. HCM, ngày…..tháng…..năm 2018
Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
Tp. HCM, ngày…..tháng…..năm 2018
Giảng viên phản biện

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

Đặt vấn đề

Nông nghiệp ở nước ta là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng công
nghệ. Nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nông
dân, giống cây trồng, thời tiết,… chính vì thế nên năng suất phụ thuộc rất nhiều
vào những yếu tố trên, khiến sản lượng không cao, tốn nhiều nhân công, chất
lượng vì thế mà bị thuyên giảm. Và có một số cá nhân, tổ chức lợi dụng sự khó
khăn đó để vụ lợi bằng các hình thức sử dụng các loại thuốc tăng trưởng, thúc đẩy,
rút ngắn thời gian canh tác vào các loại cây trồng gây ảnh hưởng sức khỏe cộng
đồng. Đây cũng là một vấn đề hết sức nhức nhối trong xã hội hiện nay.
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số
nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực, thực phẩm thiết yếu là một trong
những thách thức mang tính toàn cầu. Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những
phương thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng
công nghệ mới vào hoạt động sản xuất, canh tác.
Trong bối cảnh ngày nay xã hội càng lo ngại về chất lượng cũng như an toàn
thực phẩm. Điều then chốt trong việc giải quyết lo ngại này và góp phần thúc đẩy
nâng cao chất lượng, sản lượng sản phẩm nông nghiệp, là việc nâng cao tính minh
bạch, chuyên nghiệp, và khoa học của chuỗi sản xuất nông nghiệp. IoT đóng vai
trò lớn trong việc giúp sự minh bạch và chuyên nghiệp này trở nên đáng tin cậy
hơn.

Hình 1. Minh hoạ IoT trong nông nghiệp
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 8

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Chính vì vậy, người tiêu dùng sản phẩm nông nghiệp cũng nên chờ mong
vào ứng dụng IoT và việc đưa các ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp sẽ giúp
minh chứng rõ nhất cho việc IoT đem lại hiệu quả to lớn như thế nào. Đó chính là
lý do mà nông nghiệp là lĩnh vực đang được quan tâm đầu tư và được nhiều startup
lựa chọn để gọi vốn.
1.2.

Mục đích nghiên cứu

Mục đích tổng thể của nghiên cứu: thiết kế, xây dựng mô hình vườn giám sát
điều kiện môi trường cây trồng, tự động bơm tưới thông minh, điều khiển từ xa
thông qua Smart Phone phù hợp với cây trồng trong nhà tại các khu đô thị hay các
khu vườn quy mô vừa và nhỏ. Với các mục tiêu cụ thể:
- Tự động: hệ thống vườn điều khiển bơm tưới thông minh có chức năng tự
động, giảm thiểu tối đá sức ảnh hưởng từ sức lao động.
- Năng suất, hiệu quả: có năng suất khá cao, hiệu quả lớn, khi cây được chăm
sóc theo nhu cầu của chính cây trồng dựa trên các yếu tố của môi trường
trồng như nhiệt độ, độ ẩm hay độ ẩm trong đất.
- Tiết kiệm được thời gian: Giảm thiểu tối đa công sức và thời gian chăm sóc
cho con người.
- Kinh tế: Mô hình vườn thông minh được thiết kế với các bộ phận, linh kiện
và công nghệ tối giản nhất nhằm vừa có thể đáp ứng được yêu cầu và vừa
tiết kiệm chi phí để làm sao cho mô hình vừa có hiệu quả vừa không gây tốn
kém kinh tế.
- An toàn: cây được trồng hoàn toàn nhờ dinh dưỡng từ các chất hữu cơ có từ
đất, không có bất kì loại thuốc hay phân bón nào.
- Chủ động: người trồng chủ động về thời gian, cây trồng, chăm sóc, giám sát

ở mọi lúc mọi nơi.
Phương pháp nghiên cứu:

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 9

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Nhóm tiến hành các phương pháp nghiên cứu dựa trên các nền tảng có sẵn
theo các bước như sơ đồ sau:

Hình 2. Phương pháp nghiên cứu
BƯỚC 1:
Đặt vấn đề
Mục tiêu và giới hạn của đề tài
Các bước thực hiện
BƯỚC 2:
Thiết kế có 2 phần chính:
a. Thiết kế phần cứng
-

Thiết kế mạch điều khiển.

-

Thiết kế mạch động lực.

-

Chọn các linh kiện, thiết bị, tủ,..

b. Thiết kế phần mềm.
BƯỚC 3:
Thi công mô hình thực tế, kết nối dựa trên các thiết kế phần trước.
BƯỚC 4:
Vận hành mô hình hoàn chỉnh.
Kiểm tra tính ổn định và chỉnh sửa các thông số cho phù hợp.

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 10

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

2.1. Khái quát về IoT
2.1.1. Khái niệm

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet
viết tắt là IoT ( Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật,
con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng
truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự
tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển

từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn
giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với
thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.

Hình 3. Khái quát về IoT
Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một động
vật ở trang trại với bộ chip sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh
báo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể
gán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới.
Cho đến nay, IoT là những liên kết máy-đến-máy (M2M) trong ngành sản xuất,
công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp
máy-đến-máy thường được xem như là thông minh.
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 11

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

2.1.2. Xu hướng và tính chất

• Thông minh:
Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một
phần trong ý tưởng về IoT. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại
môi trường xung quanh (ambient intelligence), chúng cũng có thể tự điều khiển
bản thân (autonomous control) mà không cần đến kết nối mạng. Tuy nhiên, trong
thời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai khái niệm IoT và
autonomous control lại với nhau. Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới các

thực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình
huống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông
tin, dữ liệu.
Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc,
phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con người khi chúng ta
tương tác với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra các tri thứcmới liên quan
tới cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội cũng như hành vi con người.
• Kiến trúc dựa trên sự kiện:
Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự kiện diễn ra
trong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực. Một số nhà nghiên cứu từng nói
rằng một mạng lưới các sensor chính là một thành phần đơn giản của IoT.
• Là một hệ thống phức tạp:
Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một
lượng lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau,
ngoài ra còn bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới.
• Kích thước:
Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết
nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con
người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối
tượng có khả năng theo dõi.
• Vấn đề không gian, thời gian:
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 12

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của một vật nào đó là rất quan trọng. Hiện
nay, Internet chủ yếu được sử dụng để quản lý thông tin được xử lý bởi con người.
Do đó những thông tin như địa điểm, thời gian, không gian của đối tượng không
mấy quan trọng bởi người xử lý thông tin có thể quyết định các thông tin này có
cần thiết hay không, và nếu cần thì họ có thể bổ sung thêm. Trong khi đó, IoT về lý
thuyết sẽ thu thập rất nhiều dữ liệu, trong đó có thể có dữ liệu thừa về địa điểm, và
việc xử lý dữ liệu đó được xem như không hiệu quả. Ngoài ra, việc xử lý một khối
lượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn đủ để đáp ứng cho hoạt động của các đối
tượng cũng là một thách thức hiện nay.
• Luồng năng lượng mới:
Hiện nay, IoT đang trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát" và điều này xảy
ra nhờ vào một số nhân tố, trong đó gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có của công
nghệ. Gary Atkinson, Giám đốc tiếp thị sản phẩm nhúng của ARM cho rằng, đã có
nhiều thiết bị chứng tỏ rằng có thể thu thập dữ liệu và truyền tải dữ liệu trên mạng
nhưng chỉ có giá khoảng 40USD/sản phẩm. Hiện nay, chúng ta có thể nhìn thấy
các bộ vi điều khiển 32-bit nền tảng ARM có giá dưới chỉ trên dưới 1USD (chỉ ở
23.000 đồng - thời giá tháng 4/2017). Với bộ vi điều khiển này, bạn có thể làm
nhiều điều trên đó. Thu thập và truyền dữ liệu rẻ hơn nhiều: chỉ 50 xu cho một bộ
vi điều khiển 32-bit của ARM.
ARM đã "nhanh chân" trong việc nhận ra rằng, ổ đĩa có xu hướng sử dụng
các bộ vi điều khiển 32-bit là giải pháp cho những người có ý định thực hiện một
số quyết định của riêng họ theo một cách tự động. Gary tin rằng, khả năng của các
bộ vi điều khiển này ngày càng tăng, điều này có nghĩa là người dùng có thể làm
những điều mà trước đây là bất khả.
Trong 5 năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thị
trường. Những thách thức đang diễn ra là quản lý dữ liệu và chuyển sang IPv6
(IPv6 đã sẵn sàng và chạy với địa chỉ đã được cấp phát. IPv4 đã cạn kiệt và 2011
chỉ còn lại những địa chỉ cuối cùng).
Axel Pawlik, Giám đốc Quản lý của RIPE NCC lý giải tại sao IPv6 cần thiết
cho tương lai của IoT, với IPv6 chúng ta sẽ có lượng địa chỉ phong phú và điều này

sẽ mở ra khả năng gán địa chỉ cho mỗi thiết bị (gadget) và chip. Các giải pháp sẽ
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 13

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

dễ dàng và đơn giản hơn, rõ ràng hơn, có thể phục hồi đến từng mục địa chỉ riêng,
và phạm vi phát triển vô cùng to lớn.
Lan Pearson, nhà tương lai học với thành tích ấn tượng tại những hãng như
BT, Canon và Fujitsu cho rằng, những gì mà chúng ta thấy ở đây là chưa có tiền lệ
hội tụ và phát triển nhanh chóng, không giống như bất kỳ điều gì chúng ta từng
thấy trước đó. Động lực cho việc này chính là áp lực hướng đến công nghệ mới, để
giúp chúng ta tạo ra những chiếc máy tính nhanh hơn, những ổ đĩa có tốc độ quay
nhanh hơn....

Hình 4. Xu hướng IoT hiện tại và tương lai

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 14

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

2.1.3. Ứng dụng

Theo Gartner, Inc. (một công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ), sẽ có gần
26 tỷ thiết bị trên IoT vào năm 2020. ABI Research ước tính rằng hơn 30 tỷ thiết bị
sẽ được kết nối không dây với "Kết nối mọi thứ" (Internet of Everything) vào năm
2020. Theo một cuộc khảo sát và nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Dự án
Internet Pew Research, một phần lớn các chuyên gia công nghệ đã hưởng ứng
tham gia sử dụng Internet of Things với 83% đồng ý quan điểm cho rằng Internet /
Cloud of Things, nhúng và tính toán đeo (và các hệ thống năng động, tương ứng)
sẽ có tác động rộng rãi và mang lại lợi ích đến năm 2025. Như vậy, rõ ràng là IoT
sẽ bao gồm một số lượng rất lớn các thiết bị được kết nối với Internet.
Tích hợp với mạng Internet có nghĩa rằng thiết bị này sẽ sử dụng một địa chỉ
IP như là một định danh duy nhất. Tuy nhiên, do sự hạn chế không gian địa chỉ của
IPv4 (cho phép 4,3 tỷ địa chỉ duy nhất), các đối tượng trong IOT sẽ phải sử dụng
IPv6 để phù hợp với không gian địa chỉ cực kỳ lớn cần thiết. Các đối tượng trong
IoT sẽ không chỉ có các thiết bị có khả năng cảm nhận xung quanh, mà còn cung
một mức độ lớn, tương lai của Internet of Things sẽ không thể không có sự hỗ trợ
của IPv6; và do đó việc áp dụng toàn cầu của IPv6 trong những năm tới sẽ rất quan
trọng cho sự phát triển thành công của IOT trong tương lai.
Khả năng kết nối vào mạng của thiết bị nhúng với CPU, bộ nhớ giới hạn và
năng lượng bền bỉ. IoT được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực. Hệ thống như
vậy có thể có nhiệm vụ thu thập thông tin trong các thiết lập khác nhau, từ các hệ
sinh thái tự nhiên cho các tòa nhà và các nhà máy, do đó việc tìm kiếm các ứng
dụng trong lĩnh vực cảm biến môi trường và quy hoạch đô thị.
Mặt khác, hệ thống IoT cũng có thể thực hiện các hành động, không chỉ cảm
nhận mọi thứ xung quanh. Hệ thống mua sắm thông minh, ví dụ, có thể theo dõi
thói quen người dùng cần ở một cửa hàng bằng cách theo dõi điện thoại di động
của họ. Người dùng sau đó có thể được cung cấp các cập nhật trên sản phẩm yêu
thích của họ, hoặc thậm chí là vị trí của các mục mà họ cần, hay tủ lạnh mà họ
thích. Tất cả đã tự động chuyển vào điện thoại, ví dụ bổ sung các cảm biến trong

các ứng dụng phản ứng lại với nhiệt độ môi trường, điện và quản lí năng lượng,
cũng như hổ trợ hành trình của hệ thống giao thông vận tải.
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 15

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Tuy nhiên, các ứng dụng của IoT không chỉ giới hạn trong các lĩnh vực này.
Trường hợp sữ dụng chuyên ngành khác của IoT cũng có thể tồn tại. Một cái nhìn
tổng quan về một số lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất được cung cấp ở đây. Dựa trên
miền ứng dụng, sản phẩm IoT có thể được chia thành năm loại khác nhau: Thiêt bị
đeo thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh, môi trường thông minh và
doanh nghiệp thông minh. Các sản phẩm và giải pháp IoT trong mỗi thị trường có
đặc điểm khác nhau.

Hình 5. Ứng dụng của IoT
IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thứ như sau:
-

Quản lý chất thải.
Quản lý và lập kế hoạch quản lý đô thị.
Quản lý môi trường.
Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp.
Mua sắm thông minh.
Quản lý các thiết bị cá nhân.
Đồng hồ đo thông minh.

Tự động hóa ngôi nhà.

Một trong những vấn đề với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT nhanh
chóng. Để khắc phục, hiện nay nhiều hãng, công ty, tổ chức trên thế giới đang
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 16

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

nghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT. Đại học
British Columbia ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép phát
triển phần mềm IoT chỉ bằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao thức
phổ biến. Công ty như ioBridge thì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầu
như bất kì thiết bị nào có khả năng kết nối Internet, kể cả đèn bàn, quạt máy...
Broadcom mới đây cũng đã giới thiệu hai con chip có mức tiêu thụ điện thấp và
giá rẻ dành cho các thiết bị "Internet of things". SoC đầu tiên, BCM4390, được tích
hợp một bộ thu phát sóng Wi-Fi 802.11 b/g/n hiệu suất cao để có thể dùng với các
vi điều khiển 8 hoặc 16-bit. Broadcom nói rằng sản phẩm này có thể dùng trong
các nồi nấu ăn thông minh, bóng đèn, hệ thống an ninh cũng như các thiết bị gia
dụng có khả năng điều khiển và quản lý từ xa. SoC thứ hai, BCM20732, thì được
tích hợp bộ thu phát tín hiệu Bluetooth và nhắm đến những máy móc như bộ đo
nhịp tim, bộ đo bước chạy, thiết bị cảnh báo khi có vật gì đến gần hoặc ổ khóa cửa
thông minh. Broadcom cũng đã đóng góp các tập lệnh phần mềm hỗ trợ cho cả
công nghệ Bluetooth thường và Bluetooth Smart vào dự án Android Open Source
(AOSP). Hiện bản mẫu của hai con chip này đang được giao đến đối tác phần cứng
và dự kiến sẽ được sản xuất đại trà trong quý 4 năm nay.

• Quản lý hạ tầng:
Giám sát và kiểm soát các hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn như
cầu, đường ray tàu hỏa, trên và trang trại là một ứng dụng quan trọng của IoT. Các
cơ sở hạ tầng IoT có thể được sử dụng để theo dõi bất kỳ sự kiện hoặc những thay
đổi trong điều kiện cơ cấu mà có thể thỏa hiệp an toàn và làm tăng nguy cơ. Nó
cũng có thể được sử dụng để lập kế hoạch hoạt động sửa chữa và bảo trì một cách
hiệu quả, bằng cách phối hợp các nhiệm vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác
nhau và người sử dụng của các cơ sở này. Thiết bị IoT cũng có thể được sử dụng
để kiểm soát cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu để cung cấp truy cập vào tàu. Cách
sử dụng của các thiết bị iốt để theo dõi và hạ tầng hoạt động có khả năng cải thiện
quản lý sự cố và phối hợp ứng phó khẩn cấp, và chất lượng dịch vụ, tăng lần và
giảm chi phí hoạt động trong tất cả các lĩnh vực cơ sở hạ tầng liên quan. Ngay cả
các lĩnh vực như quản lý chất thải đứng được hưởng lợi từ tự động hóa và tối ưu
hóa có thể được đưa vào bởi IoT.
• Y tế:
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 17

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Thiết bị IoT có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ
thống 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 lối sống lành mạnh, chẳng hạn như, quy mô kết
nối hoặc máy theo dõi tim mạch, cũng là một khả năng của IoT.
• Xây dựng và tự động hóa nhà:
Thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát các hệ thống cơ khí,
điện và điện tử được sử dụng trong nhiều loại hình tòa nhà (ví dụ, công cộng và tư
nhân, công nghiệp, các tổ chức, hoặc nhà ở). Hệ thống tự động hóa, như các tòa
nhà tự động hóa hệ thống, thường được sử dụng để điều khiển chiếu sáng, sưởi ấm,
thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, hệ thống thông tin liên lạc, giải trí và các
thiết bị an ninh gia đình để nâng cao sự tiện lợi, thoải mái, hiệu quả năng lượng và
an ninh.
• Giao thông:
Các sản phẩm IoT có thể hỗ trợ trong việc tích hợp các thông tin liên lạc, kiểm
soát và xử lý thông tin qua nhiều hệ thống giao thông vận tải. Ứng dụng của IoT
mở rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông, tức là xe, cơ sở hạ tầng,
và người lái xe hoặc sử dụng. Năng động, tương tác giữa các thành phần của một
hệ thống giao thông vận tải cho phép truyền thông giữa nội và xe cộ, điều khiển
giao thông thông minh, bãi đậu xe thông minh, hệ thống thu phí điện tử, quản lý
đội xe, điều khiển xe, an toàn và hỗ trợ đường bộ.
 Còn rất nhiều các ứng dụng từ nhỏ đến lớn khác mà IoT có thể tạo nên và đề
tài cũng đang ứng dụng IoT vào nghiên cứu và xây dựng mô hình IoT trong
nông nghiệp.

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 18

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Hình 6. Các ứng dụng mà IoT phổ biến
2.1.4. Một số tác nhân cản trở sự phát triển của IoT

• Chưa có một ngôn ngữ chung
Ở mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bị
khác. Nếu chỉ riêng có kết nối không thôi thì không có gì đảm bảo rằng các thiết bị
biết cách nói chuyện nói nhau. Ví dụ, bạn có thể đi từ Việt Nam đến Mỹ, nhưng
không đảm bảo rằng bạn có thể nói chuyện với người Mỹ.
Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức
(protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác vụ
nào đó. Chắc chắn bạn đã ít nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ biến
nhất thế giới, đó là HyperText Transfer Protocol (HTTP) để tải web. Ngoài ra
chúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi file.
Những giao thức như thế này hoạt động ổn bởi các máy chủ web, mail và FTP
thường không phải nói với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm biên dịch đơn giản
sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau. Còn với các thiết bị IoT, chúng
phải đảm đương rất nhiều thứ, phải nói chuyện với nhiều loại máy móc thiết bị
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 19

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

khác nhau. Đáng tiếc rằng hiện người ta chưa có nhiều sự đồng thuận về các giao
thức để IoT trao đổi dữ liệu. Nói cách khác, tình huống này gọi là "giao tiếp thất

bại", một bên nói nhưng bên kia không thèm (và không thể) nghe.
• Hàng rào subnetwork
Như đã nói ở trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết bị IoT hiện nay
chủ yếu kết nối đến một máy chủ trung tâm do hãng sản xuất một nhà phát triển
nào đó quản lý. Cách này cũng vẫn ổn thôi, những thiết bị vẫn hoàn toàn nói
chuyện được với nhau thông qua chức năng phiên dịch của máy chủ rồi. Thế
nhưng mọi chuyện không đơn giản như thế, cứ mỗi một mạng lưới như thế tạo
thành một subnetwork riêng, và buồn thay các máy móc nằm trong subnetwork này
không thể giao tiếp tốt với subnetwork khác.
Lấy ví dụ như xe ô tô chẳng hạn. Một chiếc Ford Focus có thể giao tiếp cực kì
tốt đến các dịch vụ và trung tâm dữ liệu của Ford khi gửi dữ liệu lên mạng. Nếu
một bộ phận nào đó cần thay thế, hệ thống trên xe sẽ thông báo về Ford, từ đó hãng
tiếp tục thông báo đến người dùng. Nhưng trong trường hợp chúng ta muốn tạo ra
một hệ thống cảnh báo kẹt xe thì mọi chuyện rắc rối hơn nhiều bởi xe Ford được
thiết lập chỉ để nói chuyện với server của Ford, không phải với server của Honda,
Audi, Mercedes hay BMW. Lý do cho việc giao tiếp thất bại? Chúng ta thiếu đi
một ngôn ngữ chung. Và để thiết lập cho các hệ thống này nói chuyện được với
nhau thì rất tốn kém, đắt tiền.
Một số trong những vấn đề nói trên chỉ đơn giản là vấn đề về kiến trúc mạng,
về kết nối mà các thiết bị sẽ liên lạc với nhau (Wifi, Bluetooth, NFC,...). Những
thứ này thì tương đối dễ khắc phục với công nghệ không dây ngày nay. Còn với
các vấn đề về giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật cản lớn và trực
tiếp trên còn đường phát triển của Internet of Things
• Có quá nhiều "ngôn ngữ địa phương"
Bây giờ giả sử như các nhà sản xuất xe ô tô nhận thấy rằng họ cần một giao
thức chung để xe của nhiều hãng có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và họ đã phát
triển thành công giao thức đó. Thế nhưng vấn đề vẫn chưa được giải quyết. Nếu
các trạm thu phí đường bộ, các trạm bơm xăng muốn giao tiếp với xe thì sao? Mỗi
một loại thiết bị lại sử dụng một "ngôn ngữ địa phương" riêng thì mục đích của IoT
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 20

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

vẫn chưa đạt được đến mức tối đa. Đồng ý rằng chúng ta vẫn có thể có một trạm
kiểm soát trung tâm, thế nhưng các thiết bị vẫn chưa thật sự nói chuyện được với
nhau.
• Tiền và chi phí
Cách duy nhất để các thiết bị IoT có thể thật sự giao tiếp được với nhau đó là
khi có một động lực kinh tế đủ mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia sẻ quyền
điều khiển cũng như dữ liệu mà các thiết bị của họ thu thập được. Hiện tại, các
động lực này không nhiều. Có thể xét đến ví dụ sau: một công ty thu gom rác
muốn kiểm tra xem các thùng rác có đầy hay chưa. Khi đó, họ phải gặp nhà sản
xuất thùng rác, đảm bảo rằng họ có thể truy cập vào hệ thống quản lý của từng
thùng một. Điều đó khiến chi phí bị đội lên, và công ty thu gom rác có thể đơn giản
chọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một.

2.2. ESP32.
2.2.1. Lịch sử hình thành và khái niệm

NodeMCU được tạo ra ngay sau khi ESP8266 ra mắt. Vào ngày 30 tháng 12
năm 2013, Espressif Systems đã bắt đầu sản xuất ESP8266. ESP8266 là một Wi-Fi
SoC (System on Chip) tích hợp với một lõi Tensilica Xtensa LX106, được sử dụng
rộng rãi trong các ứng dụng IoT . NodeMCU bắt đầu vào ngày 13 tháng 10 năm
2014, khi cam kết tệp đầu tiên của phần mềm nodemcu đến GitHub. Hai tháng sau,
dự án mở rộng bao gồm một nền tảng phần cứng mở khi nhà phát triển Huang R đã

tạo ra tệp gerber của một bảng ESP8266, đặt tên devkit v0.9. Cuối tháng đó, Tuan
PM đã chuyển thư viện khách hàng MQTT (MQ Telemetry Transport or Message
Queue Telemetry Transport) từ Contiki sang nền tảng SoC của ESP8266 và cam
kết dự án NodeMCU, sau đó NodeMCU đã có thể hỗ trợ giao thức IQ của MQTT,
sử dụng Lua để truy cập vào môi giới MQTT. Một bản cập nhật quan trọng được
thực hiện vào ngày 30 Tháng Một 2015, khi Devsaurus chuyển các u8glib cho dự
án NodeMCU, cho phép NodeMCU dễ dàng kết nối LCD, màn hình, màn hình
OLED, thậm chí màn hình VGA.
ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 21

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Vào mùa hè năm 2015, những người sáng tạo đã từ bỏ dự án phần mềm và
một nhóm các nhà đóng góp độc lập nhưng đã dành riêng. Đến mùa hè năm 2016,
NodeMCU bao gồm hơn 40 mô-đun khác nhau. Do hạn chế nguồn lực, người dùng
cần chọn các mô đun có liên quan đến dự án của họ và xây dựng một phần mềm
phù hợp với nhu cầu.
Như vậy: ESP8266 được định nghĩa là một chip Wi-Fi chi phí thấp với đầy
đủ giao thức TCP / IP và vi điều khiển (MCU). Vậy đâu là sự lựa chọn tiếp theo
sau ESP8266 ? Câu trả lời từ nhà sản xuất ESP (espressif.com) đó là : “ESP32”

Hình 7. ESP32
NodeMCU là một nền tảng IoT nguồn mở . Nó bao gồm phần mềm chạy trên
ESP5266 Wi-Fi SoC của Espressif Systems và phần cứng dựa trên mô đun
ESP-12. Thuật ngữ "NodeMCU" mặc định đề cập đến là bộ công cụ phát triển.

ESP32 còn được phát triển hơn, dễ sử dụng hơn.

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 22

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD:TRẦN THANH VŨ

Hình 8. Ứng dụng của Esp.
2.2.2. Tổng quan về ESP32

ESP32 là một loạt các hệ thống năng lượng thấp, chi phí thấp trên bộ vi điều
khiển chip tích hợp Wi-Fi và Bluetooth chế độ kép . Loạt ESP32 sử dụng
một Tensilica Xtensa LX6 bộ vi xử lý trong cả hai lõi kép và lõi đơn biến và bao
gồm trong xây dựng ăng ten bị chuyển mạch, RF balun , khuếch đại công suất, độ
ồn thấp nhận được khuếch đại, bộ lọc và các module quản lý điện.
ESP32 được tạo ra và phát triển bởi Espressif Systems , một công ty Trung
Quốc có trụ sở tại Thượng Hải và được sản xuất bởi TSMC bằng quy
trình 40nm của họ. Nó là sự kế thừa cho ESP8266 vi điều khiển.
Các tính năng của ESP32 bao gồm:




Bộ xử lý:
•

CPU: Bộ vi xử lý 32-bit lõi kép (hoặc đơn lõi) Xtensa, hoạt động ở
mức 160 hoặc 240 MHz và hoạt động ở mức tối đa 600 DMIPS

•

Bộ đồng xử lý công suất cực thấp (ULP)

Bộ nhớ: 520 KiB SRAM

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 23

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP




GVHD:TRẦN THANH VŨ

Kết nối không dây:
•

Wi-Fi: 802.11 b / g / n

•

Bluetooth: v4.2 BR / EDR và BLE

Giao diện ngoại vi:
•

ADC ADC 12 bit lên đến 18 kênh

•

2 × 8-bit DACs

•

Cảm biến cảm ứng 10 × ( GPIO cảm biến điện dung )

•

Cảm biến nhiệt độ

•

4 × SPI

•

Giao diện 2 × I²S

•

Giao diện 2 × I²C

•

3 × UART

•

Bộ điều khiển máy chủ SD / SDIO / CE-ATA / MMC / eMMC

•

Bộ điều khiển nô lệ SDIO / SPI

•

Giao diện Ethernet MAC với hỗ trợ Giao thức thời gian chính
xác DMA và IEEE 1588

•

CÓ THỂ xe buýt 2.0

•

Bộ điều khiển từ xa hồng ngoại (TX / RX, tối đa 8 kênh)

•

Động cơ PWM

•

LED PWM (tối đa 16 kênh)

•

Cảm biến hiệu ứng hall

•

Bộ khuếch đại tiền tương tự công suất cực thấp

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 24

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP




GVHD:TRẦN THANH VŨ

Bảo vệ:
•

Tất cả các tính năng bảo mật tiêu chuẩn của chuẩn 802.11 802.11
được hỗ trợ, bao gồm WFA, WPA / WPA2 và WAPI

•

Khởi động an toàn

•

Mã hóa flash

•

OTP 1024 bit, tối đa 768 bit cho khách hàng

•

Tăng tốc phần cứng mật mã: AES , SHA-2 , RSA , mật mã đường
cong elip (ECC), trình tạo số ngẫu nhiên (RNG)

Quản lý năng lượng:
•

Điều chỉnh bỏ học nội bộ

•

Miền sức mạnh cá nhân cho RTC

•

5uA hiện tại giấc ngủ sâu

•

Thức dậy từ ngắt GPIO, hẹn giờ, đo ADC, ngắt cảm biến điện
dung

Lập trình:
Ngôn ngữ lập trình, khung, nền tảng và môi trường được sử dụng cho lập trình
ESP32:
•
•

•
•

Arduino IDE với Lõi Arduino ESP32
Khung phát triển Espressif IoT - Khung phát triển chính thức của Espressif
cho ESP32.
Khung phát triển lưới Espressif.
Espruino - SDK JavaScript và chương trình cơ sở mô phỏng chặt chẽ
Node.js.

ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Trang 25

Luận văn tốt nghiệp Hệ thống tưới tiêu tự động (sử dụng esp32 tương tác bằng wifi)

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về