ỨNG DỤNG IOT vào vườn ươm (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG IOT VÀO VƯỜN ƯƠM
THÔNG MINH


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..............................................................................................V
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................VI
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU.........................................................................................................1
1.1

GIỚI THIỆU..................................................................................................................1

1.2

MỤC ĐÍCH...................................................................................................................2

1.3

Ý NGHĨA THỰC TIỄN...................................................................................................2

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ INTERNET OF THINGS.............................................4
2.1

GIỚI THIỆU..................................................................................................................4

2.2

ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA IOT......................................................................................6

2.3

ỨNG DỤNG..................................................................................................................8

CHƯƠNG 3. NỘI DUNG ĐỀ TÀI....................................................................................10
3.1

SÓNG VÔ TUYẾN VÀ SÓNG WIFI................................................................................10

3.1.1

Sóng vô tuyến....................................................................................................10

3.1.2

Sóng wifi...........................................................................................................10

3.2

SƠ ĐỒ KHỐI...............................................................................................................11

3.3

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.................................................................................................12

3.4

LỰA CHỌN LINH KIỆN...............................................................................................13

3.4.1

Module Node MCU ESP8266...........................................................................13

3.4.2

Cảm biến nhiệt độ độ ẩm: DHT22....................................................................16

3.4.3

Cảm biến độ ẩm đất..........................................................................................18

3.4.4

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất tới thực vật..............................20

CHƯƠNG 4. THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ LẬP TRÌNH..........................................21
4.1

THI CÔNG PHẦN CỨNG..............................................................................................21

4.2

LẬP TRÌNH................................................................................................................23


CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ.....................................................................................................24
5.1

GIÁM SÁT HỆ THỐNG VƯỜN ƯƠM TỪ XA..................................................................24

5.1.1

Giám sát thông qua web...................................................................................24

5.1.2

Giám sát qua app điện thoại.............................................................................27

5.2

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA APP BLYNK........................................................................30

5.3

CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG TƯỚI TƯỚI TIÊU...........................................................................31

5.4

ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY VÀ CHỨC NĂNG ĐỌC DỮ LIỆU TỨC THỜI.............................31

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT.....................................................................33
6.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................33

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................33

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................34

PHỤ LỤC A..….35


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2-1: IOT ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG [2].......................5
HÌNH 2-2: IOT ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG NHIỀU LĨNH VỰC [3].............9
HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ KHỐI......................................................................................11
HÌNH 3-2: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.....................................................................12
HÌNH 3-3: MODULE NODE MCU ESP8266 [4]...............................................14
HÌNH 3-4: SƠ ĐỒ CHÂN NODE MCU ESP8266 [4]........................................15
HÌNH 3-5: CẢM BIẾN DHT22 [6]......................................................................16
HÌNH 3-6: CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT [6]............................................................18
HÌNH 4-1: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH..................................................21
HÌNH 4-2: SƠ ĐỒ MẠCH VẼ BẰNG PHẦN MỀM FRITZING......................22
HÌNH 4-3: BOARD MẠCH CHÍNH....................................................................22
HÌNH 5-1: THIẾT LẬP BIỂU ĐỒ TRÊN WEB THINGSPEAK......................25
HÌNH 5-2: HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN WEB Ở DẠNG BIỂU ĐỒ....................26
HÌNH 5-3: DỮ LIỆU TRÊN WEB ĐƯỢC XUẤT DƯỚI DẠNG FILE EXCEL
................................................................................................................................. 27
HÌNH 5-4: THIẾT LẬP HIỂN THỊ ĐỘ ẨM TRÊN APP BLYNK....................28
HÌNH 5-5: HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN APP BLYNK..........................................29
HÌNH 5-6: ĐIỀU KHIỂN BƠM VÀ ĐÈN TỪ XA TRÊN APP BLYNK...........30


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IEEE

Institute of Electrical and Electroics Enginers

IoT

Internet of Things

IPv4

Internet Protocl version 4

IPv6

Internet Protocl version 6

Json

JavaScript Object Noation

SOC

System on Chip

UART

Universal Asynchrnous Receiver – Transmitter

4G

Fourth-generation

Wifi

Wirless Fidelity

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/48

CHƯƠNG 1.

MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu
Trong bối cảnh phát triển chóng mặt hiện nay của công nghệ hiện đại Internet of
Things, hầu hết con người ai cũng đang quan tâm về mạng internet. Vai trò của nó
ngày một phát triển rất mạnh mẽ. Mọi con người trong chúng ta ai cũng đều có nhu
cầu kết nối vào mạng lưới internet toàn cầu. Mọi người ai cũng đều được nghe qua
Internet of Thing (viết tắt là IoT), khái niệm này có thể nói là không còn xa lạ với
những người quan tâm đến công nghệ. Sau đây tôi xin chia sẻ một dự án về ứng
dụng IoT trong mảng nông nghiệp, để có thể hình dung rõ hơn về tầm quan trọng
của Internet of Things trong thời đại hiện nay.
IoT là xu hướng đang phát triển của nền nông nghiệp trong thế hệ mới, đáp ứng
được tiêu chuẩn sản xuất ra sản phẩm có chất lượng. Với nền nông nghiệp nước ta
đang cần nhiều công ty nghiên cứu, phát triển mạnh mẽ về các sản phẩm ứng dụng
vào nông nghiệp hiện đại, giúp cho nền nông nghiệp Việt Nam ngày một đi lên. IoT
ra đời mục đích chính là phục vụ cho nền nông nghiệp, ứng dụng vào cuộc sống
hằng ngày của con người. Nó mang lại chất lượng sản phẩm cũng như giá thành và
rất nhiều lợi ích mà IoT mang đến cho nền nông nghiệp.
Đây là lý do mà tôi đã chọn đề tài “Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh”
này làm đồ án tốt nghiệp, đề tài này giúp tôi tìm hiểu rõ hơn về công nghệ, điện tử
và xu hướng phát triển của mạng lưới IoT hiện nay. Đây là xu hướng rất quan trọng,
là công nghệ hiện đại phát triển toàn cầu, nó đem lại thiết bị thông minh và ảnh
hưởng đến nhu cầu đời sống con người. Tuy nhiên cũng có ít rủi ro về mặt bảo mật,

thông tin và quyền cá nhân con người, nhưng với các rủi ro này không phải là bờ
rào chặn tốc độ phát triển của IoT. [1]

1.2 Mục đích
Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị trong khu vườn qua mạng
internet, các cảm biến như nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất có nhiệm vụ đọc dữ liệu

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/48

của môi trường. Các dữ liệu này sẽ được hiển thị và lưu trữ trên webserver, trên app
điện thoại để người dùng có thể quan sát và điều khiển từ xa thông qua mạng Wifi
hoặc 3G, 4G. Dùng điện thoại SmartPhone điều khiển máy bơm, đèn từ xa qua
mạng internet từ các cảm biến làm nhiệm vụ đọc thông tin dữ liệu của môi trường.
Hệ thống cảm biến có khả năng đọc và gửi phản hồi nhanh về những thay đổi của
điều kiện môi trường và chế độ tự động sẽ được hoạt động dưới mức ngưỡng cho
phép mà người lập trình thiết lập.
Thiết kế một hệ thống có được độ chính xác và có khả năng hoạt động tốt với giá
thành tương đối rẻ. Đóng góp thúc đẩy sự phát triển của nhà nông, ngoài ra trong đề
tài này còn giúp tôi học hỏi, hiểu biết nhiều hơn về công nghệ IoT, xu hướng của
các giải pháp về công nghệ mới có quy mô lớn trên toàn cầu. [2]
1.3 Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại giúp nền nông nghiệp nước ta phát triển
vượt bậc so với các nước trên thế giới. Những hệ quả to lớn mà nó đã mang lại cho
nền kinh tế Việt Nam, IoT đóng vai trò nhất định trong nông nghiệp, vườn ươm
thông minh với các quy mô vừa và lớn. Chính là nhờ sự tiện lợi điều khiển từ xa,
đơn giản, dễ sử dụng mà giá thành thấp, tiết kiệm được chi phí và tính hiệu quả

tương đối tốt.
Ứng dụng IoT mang lại giá trị to lớn cho nhà nông, giúp nền nông nghiệp tăng
trưởng nhanh, giúp con người có thể kiểm soát được trang trại của mình khi đang đi
công tác, du lịch ở một nơi xa. Hiện nay, ở Việt Nam đã có rất nhiều công ty phát
triển mô hình IoT với quy mô lớn để giám sát khu vườn ươm của họ. [3]

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/48

CHƯƠNG 2.

GIỚI THIỆU VỀ INTERNET OF THINGS

1.4 Giới thiệu
Internet of Things (IoT), là mạng lưới vạn vật kết kết nối internet nghĩa là mạng
lưới các thiết bị kết nối với nhau, với internet thông qua địa chỉ IP. Khi mỗi vật hoặc
con người trong mạng lưới được cung cấp bởi một định danh riêng, tất cả có khả
năng truyền tải, trao đổi thông tin qua mạng. Không cần sự tương tác trực tiếp giữa
người với người, giữa con người với máy tính. Phát triển của IoT là sự kết hợp của
công nghệ truyền tải không dây, công nghệ vi cơ điện tử và đặc biệt hơn đó là mạng
internet.
Một động vật trong trang trại được gắn một chip sinh học để theo dõi, một chiếc xe
được gắn một bộ cảm biến dùng để báo khi xe chạy quá tốc độ hoặc chip theo dõi
báo sự cố khi xe hư hỏng và bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào khi được định
danh bởi một địa chỉ IP, cunng cấp khả năng truyền và nhận dữ liệu qua mạng
internet. Bây giờ, mạng lưới IoT là những liên kết giữa các máy với nhau trong
ngành công nghiệp năng lượng thành một dây chuyền sản xuất. Các sản phẩm tạo ra

được tích hợp giữa các máy, đồng thời kết hợp việc phân tích cơ sở dữ liệu được coi
là thông minh.
Các thách thức được đề cập đến nay của IoT đó là giá thành thiết bị, năng lượng
pin, vùng phủ sóng kết nối, hiện nay có thêm hai thách thức mới là tính đa dạng và
độ linh hoạt. Độ linh hoạt rất cần thiết bởi vì khi có nhiều thiết bị IoT kết nối thì tốc
độ diễn ra nhanh hơn tốc độ kết băng rộng di động hiện tại cho phép. Chính vì thế
độ linh hoạt là phần rất quan trọng. Về tính đa dạng cũng đặc biệt quan trọng, vì khi
mật độ kết nối thiết bị IoT không đồng bộ tạo ra lưu lượng rất lớn đột ngột với một
số cells trong hệ thống.
Tình trạng hiện nay người dùng smartphone cùng chung sự kỳ vọng về vùng phủ
sóng và dung lượng, họ cảm thấy thoả mãn khi ứng dụng được hoạt động tốt ở bất
cứ nơi đâu khi có nhu cầu. Với các kết nối IoT thì mọi yêu cầu trở nên phức tạp

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/48

hơn, đa dạng hơn, công suất và cường độ cũng lớn hơn, nên đòi hỏi các nhà mạng
phải nâng cao tầm quản lý và vận hành hệ thống mạng tốt hơn. Để triển khai IoT
thành công và bền vững trong tương lai, cần phải cân nhắc đến các yếu tố như nền
tảng phần mềm, hệ sinh thái giữa các ngành, quá trình chuẩn hóa về công nghệ và
giải quyết được tất cả các vấn đề khách hàng lo lắng có liên quan đến đảm bảo an
toàn và tính cá nhân.

Hình 2-1: IoT được ứng dụng trong cuộc sống [2]

Sự ra đời của ngành công nghiệp ô tô là rõ ràng cũng như đặt ra yêu cầu cho một hệ
sinh thái tồn tại trong nhiều lĩnh vực có liên quan với nhau. Cùng một sự kết nối,

một nguồn dữ liệu thông tin, nhiều bên được hưởng chế độ như dịch vụ chăm sóc
khách hàng. Bao gồm các công ty phát triển về các ứng dụng trên xe, các công ty
bảo hiểm, công ty quản lý phần mềm và các cơ quan vận hành giao thông, đường
bộ, đường sắt. [2]
1.5 Đặc điểm nổi bật của IoT
 Đặc tính thông minh

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/48

Tính thông minh, máy móc có thể dễ dàng nhận biết, phản hồi lại môi trường xung
quanh, có thể tự điều khiển bản thân mà không cần đến bất kỳ kết nối mạng nào.
Tuy nhiên, trong thời đại công nghệ hiện nay người ta bắt đầu nghiên cứu về việc
kết hợp hai khái niệm IoT và tự điều khiển gọp thành một thể thống nhất. Trong
tương lai IoT có thể là một hoặc nhiều mạng lưới gồm các thực thể thông minh, có
khả năng tự tổ chức và hoạt động độc lập tùy vào tình huống, môi trường, nhưng
cũng có thể để trao đổi thông tin, kết nối dữ liệu với nhau.
Việc tích hợp trí tuệ thông minh vào IoT, giúp cho các thiết bị, máy móc, phần mềm
thu thập và phân tích dữ liệu điện tử của con người, khi chúng ta tương tác với
những thiết bị thông minh. Từ đó con người phát hiện ra các tri thức mới có liên
quan đến cuộc sống.
 Kiến trúc dựa vào sự kiện
Các thiết bị, máy móc trong mạng lưới IoT sẽ gửi thông tin phản hồi dựa theo
những chuỗi sự kiện diễn ra trong lúc nó hoạt động song song với thời gian thực.
Các nhà nghiên cứu đã nhận định rằng trong một mạng lưới gồm những cảm biến
chính là một thành phần đơn giản của IoT.
 Thực thể phức tạp

Trong một thế giới đang phát triển về công nghệ, IoT mang tính chất khá phức tạp
tại vì nó bao gồm số lượng lớn những đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc
với nhau trong một hệ thống.
 Về kích thước
Trong một mạng lưới IoT có thể lên tới một số lượng khổng lồ các đối tượng được
kết nối vào mạng lưới internet, có thể theo dõi sự dịch chuyển, sự thay đổi của từng
đối tượng trong đó.
 Vấn đề không gian và thời gian

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/48

Trong lĩnh vực IoT, việc định vị vị trí chính xác của một vật nào đó là rất quan
trọng, ngày nay internet được sử dụng chủ yếu là quản lý thông tin mà con người đã
xử lý. Do đó, các thông tin như không gian, thời gian và địa điểm của đối tượng coi
như là không quan trọng lắm. Bởi vì người xử lý thông tin họ được phép quyết định
những thông tin này cần thiết hay không, nếu cần thì bổ sung thêm. Trong khi IoT
về mặt lý thuyết thu thập rất nhiều dữ liệu, nhưng trong đó cũng có thể có những dữ
liệu thu thập bị thừa về địa điểm cho nên việc xử lý các dữ liệu thừa này được xem
như ít hiệu quả.
 Luồng năng lượng mới của IoT
Hiện nay, Internet of Things đang trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát", điều này
xảy ra nhờ một số nhân tố, trong đó bao gồm 4G, IPv6 và tính sẵn có của thời đại
công nghệ. Trong các năm tiếp theo, bạn sẽ thấy các thiệt bị trên thị trường ngày
càng tăng, những thách thức này đang diễn ra là quản lý thông tin, dữ liệu và
chuyển sang IPv6 và IPv4 đã đang dần cạn kiệt, năm 2011 chỉ còn lại những địa chỉ
cuối cùng. Vì vậy việc chuyển giao từ IPv4 sang IPv6 cũng là một thách thức và

đây cũng là sự mở rộng và phát triển của IoT trong quá trình chuyển đổi. Đối với
địa chỉ IPv6 thì có số lượng địa chỉ IP cao hơn rất nhiều lần so với địa chỉ IPv4,
song với đó thì việc triển khai còn gặp nhiều khó khăn. [3]

1.6 Ứng dụng
Internet of Things có thể ứng dụng được trong tất cả mọi lĩnh vực. Sau đây là những
lĩnh vực nổi bật hiện nay được ứng dụng IoT nhiều nhất như:


Nhà thông minh



Quản lý các thiết bị đeo tay để do nhịp tim huyết áp



Quản lý môi trường

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/48



Quản lý giao thông



Quản lý các dây chuyền sản suất



Quản lý lĩnh vực mua sắm thông minh



Đồ dùng sinh hoạt hàng ngày: Máy pha coffee, bình nước nóng lạnh



Lĩnh vực nông nghiệp

Hình 2-2: IoT được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực [3]

Việt Nam đã áp dụng thành công IoT vào lĩnh vực nhà thông minh, hệ thống nhà
thông minh gồm: Hệ thống an ninh, điều khiển hệ thống báo cháy, đèn, quạt, hệ
thống nhiệt và lạnh. Ngôi nhà thông minh mang lại cho ta rất nhiều lợi ích như an
ninh được đảm bảo, tiết kiệm thời gian, tiện ích và an toàn hơn. Các hệ thống giao
thông thông minh, tưới cây thông minh cũng giúp cho thành phố trong xanh sạch
đẹp hơn, và một số nước phát triển hiện nay đang triển khai. Internet of Things cho
thấy rõ ràng không thể phủ nhận được hiệu quả của nó mang lại cho đời sống, nhu
cầu con người. [3]

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 8/48

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/48

CHƯƠNG 3.

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

1.7 Sóng vô tuyến và sóng wifi
1.1.1 Sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến là một loại bức xạ điện từ có bước sóng phổ điện từ dài hơn ánh sáng
hồng ngoại. Nó truyền với vận tốc ánh sáng, sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do
sét. Sóng vô tuyến là do con người tạo nên sử dụng cho radar, liên lạc vô tuyến di
động và cố định cùng các hệ thống đường dẫn khác như mạng máy tính, thông tin
vệ tinh. Những tần số khác nhau của sóng vô tuyến, nó có tính lan truyền đều khác
nhau trong khí quyển. Sóng dài có hình thức truyền theo đường cong trái đất, truyền
đi được xa, sóng ngắn thì nhờ phản xạ của tầng điện ly nên có thể truyền đi rất xa,
và một số bước sóng ngắn hơn, thì bị phản xạ yếu hơn và nó được truyền đi trên
đường nhìn thẳng. [1]
1.1.2 Sóng wifi
Sóng wifi là viết tắt của từ Wireless Fidelity hoặc mạng 802.11 là một hệ
thống mạng không dây được sử dụng sóng vô tuyến như trong điện thoại di
động, truyền hình và radio, các hệ thống này thường dùng hoạt động ở một số sân
bay, quán café, nhà hàng, công ty, hộ gia đình. Hệ thống cho phép truy cập
vào internet tại các nơi có sóng này và không cần dùng cáp để kết nối. Wifi cũng có
thể thiết lập ngay tại nhà, tên gọi là 802.11 được bắt nguồn từ viện IEEE (Institute

of Electrical and Electronics Engineers). Viện nghiên cứu này được tạo ra nhiều
chuẩn, nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, được sử dụng một hệ thống số để nhằm
phân loại nó và wifi hiện nay có 6 chuẩn thông dụng là 802.11a/b/g/n/ac/ad. [1]
Mạng internet nói chung hay wifi nói riêng đang được phát triển rất mạnh góp sức
đẩy mạnh cho sự phát triển của IoT.
1.8 Sơ đồ khối

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/48

Hình 3-3: Sơ đồ khối

Với mô hình này gồm 3 phần chính:
 Điều khiển, giám sát từ xa thông qua web và app trên điện thoại.
 Server: Nơi lưu trữ dữ liệu và tạo môi trường liên kết, với đề tài này tôi sử
dụng server Blynk và ThingSpeak.
 Node MCU của đề tài này là dùng loại vi điều khiển Node MCU ESP8266.
 Hệ thống cảm biến và các thiết bị: Chọn cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT22,
cảm biến độ ẩm đất cho đề tài này, dùng để điều khiển hai thiết bị là đèn và
bơm.
1.9 Lưu đồ giải thuật
Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/48

Hình 3-4: Lưu đồ giải thuật

Trong lưu đồ giải thuật trên bắt đầu là vi điều khiển kết nối với wifi nếu kết nối
được thì sang bước tiếp theo, kết nối chưa được thì tiếp tục kết nối. Bước tiếp theo
là quá trình các cảm biến làm nhiệm vụ đọc thông số từ môi trường, gửi dữ liệu về
server để đẩy lên web và app trên SmartPhone, các điều kiện thiết lập cho chế độ tự
động sẽ kiểm tra, nếu thỏa mãn điều kiện, chế độ tự động hoạt động. Nếu không
thỏa mãn chế độ tự động thì có thể điều khiển từ xa qua app trên smartphone. Tấc
cả các nhiệm vụ này sẽ được diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định do người
lập trình thiết lập.
1.10

Lựa chọn linh kiện

1.1.3 Module Node MCU ESP8266

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/48

Đề tài dùng kit RF thu phát wifi Node MCU ESP8266 là module dựa vào chip Wifi
SoC ESP8266 để phát triển thành, thiết kế dễ sử dụng, đặc biệt là có thể dùng trực
tiếp trình biên dịch Arduino lập trình và nạp chương trình, lập trình những ứng dụng
trên ESP8266 đơn giản. Kit RF thu phát Node MCU ESP8266 thường được sử dụng
cho số ứng dụng cần kết nối, điều khiển thông qua wifi, đặc biệt là những ứng dụng
có liên quan tới Internet of Things.
Node MCU ESP8266, dòng chip tích hợp wifi dễ dùng, dễ lập trình được sản xuất
ra từ công ty có tên Espressif Systems, phát hành lần đầu vào tháng 8 năm 2014.

Đóng gói và đưa ra thị trường với dạng module ESP-01, có khả năng kết nối
internet thông qua mạng wifi và giá thành có thể nói là rất rẻ so với tính năng của
nó. Chính vì vậy nên những dòng sản phẩm module ESP8266 được kỳ vọng sẽ bổ
trợ cho nhiều lĩnh vực phát triển có liên quan đến sóng wifi.
Trong cộng đồng Node MCU ESP8266 có nhiều nhà phát triển trên thế giới, họ
cung cấp rất nhiều module lập trình mã nguồn mở, giúp cho nhiều người có thể tiếp
cận một cách dễ dàng. Đây là sản phẩm có tính cộng đồng, rất nhiều người quan
tâm, đặc biệt là dân điện tử viễn thông. Trong thời đại công nghệ không ngừng phát
triển, thì hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường mang nhãn là
ESP8266EX, đây là phiên bản nâng cấp của thế hệ ESP8266. [4]
Đây là module sử dụng giao tiếp UART và chip nạp, có tính ổn định nhất là
CP2102, nó có khả năng tự nhận driver trên các hệ điều hành Windown và Linux.
Đây cũng là phiên bản nâng cấp lên từ phiên bản sử dụng chip nạp IC CH340.

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/48

Hình 3-5: Module Node MCU ESP8266 [4]

Thông số phần cứng ESP8266:
 Chuẩn wifi IEEE 802.11 b/g/n
 Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
 Hỗ trợ WEP, APP, hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
 Tích hợp giao thức TCP/IP
 Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con
 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200
 Gồm 1 ADC 10 bits và 16 chân GPIO

 Dải nhiệt độ hoạt động từ -40 đến 125 độ C

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/48

Hình 3-6: Sơ đồ chân Node MCU ESP8266 [4]

Thông số kỹ thuật:
 IC chính: ESP8266 Wifi SoC
 Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102
 Phiên bản firmware: NodeMCU lua
 Nguồn 5VDC MicroUSB hoặc Vin
 GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
 Tích hợp Led báo trạng thái, nút Flash và Reset
 Tương thích với trình biên dịch Arduino
 Kích thước: 25 x 50 mm [4]

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/48

1.1.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: DHT22
Cảm biến DHT22 là loại cảm biến dùng để đo nhiệt độ, độ ẩm thông dụng nhất hiện
nay, phù hợp với sinh viên làm đồ án vì chi phí rẻ, dễ dàng lấy được dữ liệu qua
giao tiếp 1 wire ( có nghĩa là giao tiếp digital chỉ 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Có

bộ xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến, giúp chúng đo được dữ liệu chính xác mà
không phải thông qua bất kỳ phép tính toán nào. DHT22 cho ra khoảng đo và độ
chính xác cao hơn nhiều so với cảm biến đời cũ là DHT11.
DHT22 được sử dụng nhiều trong các ứng dụng quy mô nhỏ vì tính thuận lợi và
tính hiệu quả, cảm biến này đo được nhiệt độ, độ ẩm dễ dàng cho người dùng,
thường được sử dụng trong các dự án quan trắc điều kiện môi trường.[6]

Hình 3-7: Cảm biến DHT22 [6]

Các thông số kỹ thuật:

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/48

 Điện áp đầu vào: 5VDC
 Tầm đo độ ẩm: 0 – 100%, sai số từ 2-5%
 Tầm đo nhiệt độ: -40 – 80 độ C, sai số 0,5 độ C
 Với tần số lấy mẫu tối đa 0,5Hz
 Kích thước module: 38 x 20mm (1.50 x 0.79”)
 Có 4 chân, khoảng cách giữa các chân 0,1inch
Chức năng các chân: Chân 1 – Vdd là chân nối nguồn. Chân 2 – Data là chân dữ
liệu. Chân 3 – Nc. Chân 4 - Gnd là chân nối đất.

Quá trình đo giá trị của DHT22 được diễn ra như sau: Vi điều khiển ESP8266 gửi
tín hiệu cần đo tới cảm biến DHT22 để thiết lập giao tiếp. Khi giao tiếp thành công,
cảm biến DHT22 sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu chứa nhiệt độ và độ ẩm đo được cho vi
điều khiển. Trong đó Byte 1 và byte 2 là giá trị phần nguyên và phần thập phân của

độ ẩm, hai byte tiếp theo: Byte 3 và byte 4 là phần nguyên và phần thập phân của
nhiệt độ, còn byte 5 là dùng để kiểm tra tổng.
Ưu điểm cảm biến DHT22: Có độ chính xác tương đối cao, giá thành rẻ phù hợp
với sinh viên, dễ tìm kiếm, dễ sử dụng và có tính ổn định. Đây chính là lý do mà tôi
chọn cảm biến DHT22 để làm đề tài này.
Nhược điểm cảm biến DHT22: Kích thước còn to, dễ bị hư, dải đo chưa rộng, và
các giá trị đo chưa được chính xác trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. [6]

1.1.5 Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến gồm: Một đầu cảm biến cắm xuống đất để dò độ ẩm của đất và module
chuyển đổi, ở trạng thái bình thường thì đầu ra của cảm biến ở mức thấp, khi đất
khô, thiếu nước thì đầu ra ở mức cao. Về độ nhạy ta có thể điều chỉnh được (điều
chỉnh biến trở gắn trên module), đầu dò gắn vào trong đất để kiểm tra độ ẩm.

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/48

Hình 3-8: Cảm biến độ ẩm đất [6]

Các thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động từ 3.3V – 5V
 Kích thước: 3cm * 1.6cm
 Led đỏ báo hiệu có nguồn vào và Led xanh báo độ ẩm
 IC so sánh: LM393
 Vcc: 3.3 – 5V
 Gnd: 0V
 Chân D0: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)

 Chân A0: Đầu ra Analog (tín hiệu tương tự)
Các đặc điểm hoạt động của cảm biến đất:
 Cảm biến độ ẩm đất rất nhạy khi tiếp xúc với điều kiện môi trường.

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/48

 Chân D0: Có thể chọn chân này kết nối trực tiếp với vi điều khiển như: pic,
avr, arduino để phát hiện các giá trị điện áp thấp hoặc cao, do đó nó có thể
phát hiện được độ ẩm của đất.
 Với đầu ra Analog là chân A0: Kết nối với bộ chuyển đổi ADC, để được
nhận các giá trị chính xác hơn về độ ẩm của đất.
Cảm biến thường dùng trong các ứng dụng điều khiển và tự động tưới tiêu, theo dõi,
giám sát độ ẩm đất cho vườn ươm, sản phẩm phân bố rộng rãi trên thị trường. Phù
hợp với việc học tập và nghiên cứu cho sinh viên. Tuy nhiên khi đưa vào áp dụng
thì đòi hỏi tính ổn định, độ chính xác cần cao hơn thì với cảm biến này chưa đáp
ứng được mong muốn và sự kỳ vọng của người sử dụng.
Ưu điểm: Giá rẻ, phù hợp cho sinh viên vào việc nghiên cứu, lập trình và sử dụng
cũng tương đối dễ. Đây chính là lý do mà tôi đã chọn cảm biến độ ẩm đất này cho
đề tài.
Nhược điểm: Dễ bị hỏng, tính ổn định và độ chính xác chưa cao. [6]
1.1.6 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất tới thực vật
Nhiệt độ: Gây ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt ươm, phụ thuộc vào môi trường
sống với từng dãi nhiệt độ khác nhau, mà cây giống sẽ biến đổi về hình dạng dẫn
đến sự tồn tại và phát triển cây giống. Nhiệt độ làm ảnh hưởng đến sự nảy mầm và
một số đặc tính khác như kích thước, hình dạng.
Độ ẩm và độ ẩm đất: Độ ẩm đất ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình nảy mầm của

cây giống, nếu độ ẩm thấp, cường độ thoát hơi nước tăng dẫn đến cây bị héo, rụng
lá ảnh hưởng đến sự sống của cây con và độ ẩm đất còn ảnh hưởng trực tiếp đến bộ
rễ của cây giống. [6]

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/48

CHƯƠNG 4.

THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ LẬP TRÌNH

1.11 Thi công phần cứng
Hiện nay có rất nhiều phần mềm vẽ mạch điện tử như: Proteus, Orcad, Altium
Designer. Trong đề tài này tôi chọn phần mềm Protues để vẽ mạch chính và mạch
in.Vì Protues tương đối dễ dùng và tiện lợi.

Hình 4-9: Sơ đồ nguyên lý của mạch

Ngoài ra, còn dùng phần mềm Fritzing vẽ mạch nguyên lý để nhìn thấy tổng quản
hơn hơn về board mạch chính.

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/48

Hình 4-10: Sơ đồ mạch vẽ bằng phần mềm fritzing

Hình 4-11: Board mạch chính

1.12

Lập trình

Ứng Dụng IoT Vào Vườn Ươm Thông Minh