NGHIÊN cứu, xây DỰNG mô HÌNH GIÁM sát vườn THÔNG MINH (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH
GIÁM SÁT VƯỜN THÔNG MINH


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

I2C

Inter-Integrated Circuit

UART

Universal Asynchronous Receiver

LCD

Liquid Crystal Display

LED

Light Emitting Diode

IoT

Internet of Things


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/42

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung
Trong thời đại công nghệ 4.0, sự tự động hóa được ưu tiên và hơn nữa con người
đang làm mọi thứ trở nên đơn giản nhất thì mọi ngành nghề đều sẽ bị ảnh hưởng.
Nông nghiệp cũng không ngoại lệ, được thừa hưởng sự phát triển của công nghệ mà
bức phá. Người nông dân sẽ tăng được năng xuất, giảm công chăm sóc, tưới tiêu.
Rõ ràng ta có thấy trong những chỉ số phát triển các ứng dụng điều khiển và cảm
biến trong nông nghiệp, bước ngoặc thay đổi từ kết nối dữ liệu thông qua dây bằng
kết nối không dây đang ngày càng xuất hiện nhiều. Mạng không dây giảm chi phí
lắp đặt, tính linh hoạt cao, dễ triển khai và dễ bảo trì.
1.2 Nông nghiệp trong xu thế công nghệ mới
Như chúng ta đã biết, ngành nông nghiệp vốn được mọi người biết đến với việc
phải phụ thuộc vào kinh nghiệm và quan sát của người nông dân, họ phải đối mặt
với những thách thức trong việc tìm kiếm những cách thức tốt nhất để tăng gia sản
xuất, tăng hiệu quả cũng như chất lượng nông sản. Cách duy nhất đó chính là việc
áp dụng công nghệ mới vào nông nghiệp. IoT sẽ biến một nền nông nghiệp lạc hậu
trở thành một lĩnh vực sản xuất mang tính hiện đại, một lĩnh vực sản xuất chính xác
dựa trên những số liệu thu thập được từ đó tổng hợp, phân tích và thống kê.
Từ xưa đến 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 của những người nông dân về đặc
tính của cây trồng, về thời tiết... Chính vì vậy, năng suất và hiệu suất canh tác gần
như thuận theo tự nhiên, 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 thực phẩm là một trong những thách thức mà chúng ta
cần quan tâm. Vì vậy, ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/42

để gia tăng hiệu quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng công nghệ mới vào
hoạt động sản xuất, canh tác.
Hơn nữa, việc đưa các ứng dụng công nghệ mới vào ngành nông nghiệp sẽ giúp
minh chứng rõ nhất cho việc đem lại hiệu quả to lớn. Đó chính là lý do mà nông
nghiệp là lĩnh vực đang được quan tâm đầu tư và được nhiều người khởi nghiệp lựa
chọn để gọi vốn.
Công nghệ mới sẽ biến nông nghiệp từ một lĩnh vực sản xuất định tính thành một
lĩnh vực sản xuất chính xác dựa vào những số liệu thu thập, tổng hợp và phân tích
thống kê. Từ việc phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu..., người nông dân có thể tự chủ,
điều chỉnh mọi thứ để đạt được hiệu quả như mong muốn.
Những hệ thống thiết bị cảm biến, đo đạc sẽ được kết nối với nhau và các công
nghệ theo dõi để thu thập dữ liệu, kết nối với hạ tầng đám mây để truy xuất dữ liệu,
phân tích đưa ra quyết định tối ưu hóa lượng nước, lượng phân bón, tự động hóa các
hoạt động nông nghiệp hàng ngày và cung cấp giải pháp theo dõi thời gian thực.
Nhờ đó, các điều kiện dinh dưỡng đối với cây trồng sẽ được tối ưu, cho mức sinh
trưởng tốt nhất.
Giảm thiểu dịch bệnh cũng là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất
canh tác. Thêm vào đó, hiện người dùng đang có xu hướng chuộng các sản phẩm
hữu cơ nên ngành nông nghiệp phải bắt đầu chú trọng tìm kiếm các giải pháp giảm
thiểu dịch bệnh cho cây trồng mà không sử dụng thuốc trừ sâu.
Hiện đã có nhiều giải pháp ứng dụng công nghệ mới giúp giám sát số lượng sâu
bệnh, khi phát hiện số lượng sâu bệnh trở nên quá cao, hệ thống tự động kích hoạt
và ngăn cản quá trình kết đôi của sâu bệnh để giảm thiểu sự gia tăng, kèm theo đó

sẽ cảnh báo để nông dân lựa chọn phương thức xử lý nhân công, sinh học hay thuốc
trừ sâu.
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/42

1.3 Mục đích của đề tài
Sử dụng các cảm biến kết hợp với vi điều khiển sẽ cho ta biết được các thông số của
đất cũng như môi người xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm không khí. Mọi thứ được
thu thập và dựa trên đó để đưa ra phương án thích hợp để mang lại môi trường phát
triển lý tưởng nhất cho cây trồng.
Tưới tiêu tự động là hệ thống dựa trên các thông số thu thập được mà điều khiển
động cơ máy bơm, bật đèn. Người dùng đơn giản chỉ cần khởi động hệ thống là mọi
thứ sẽ được tự động và họ luôn theo dõi được khu vườn của mình.
Với những tiện ích và sự thuận tiện cũng như khoa học trong việc điều khiển, giám
sát cũng như theo dõi mà đề tài được thực hiện.
1.4 Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng
1.4.1 Ánh sáng
Là yếu tố quan trọng nhất cho sự sinh trưởng và sự phát triển của cây trồng. Ánh
sáng mặt trời là nguồn năng lượng duy nhất, vô tận để cây xanh quang hợp, biến các
chất vô cơ, nước và khí cacbonic thành hợp chất hữu cơ tích lũy trong lá, hoa, quả,
củ… phục vụ cho nhu cầu sống của con người và các động vật.
Các loài rau khác nhau có nhu cầu về ánh sáng không giống nhau: các loại rau trồng
vào mùa hè yêu cầu độ chiếu sáng mạnh, thời gian chiếu sáng dài 12 – 14 giờ/ngày.
Rau trồng vào mùa đông yêu cầu cưòng độ ánh sáng yếu và thời gian chiếu sáng từ
8 đến 12 giờ/ngày.
Do đó, người trồng rau có nắm vững điều này thì mới bố trí được cây trồng hợp lý,

tạo được ánh sáng phù hợp để rau phát triển tốt nhất. Ngoài ra, thời gian chiếu sáng
còn ảnh hưởng đến giới tính của một số loài như dưa chuột trong điều kiện ánh sáng
đầy đủ số lượng hoa cái tăng, thời gian chiếu sáng giảm sẽ tăng số lượng hoa đực.
Cường độ ánh sáng cũng có ảnh hưỏng lớn đến sinh trưởng và phát triển của rau.
Dựa vào cường độ ánh sáng, ngưòi ta phân rau ra các nhóm:
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/42

Nhóm yêu cầu cường độ ánh sáng mạnh là bí ngô, cà, cà chua, ốt, đậu.
Nhóm yêu cầu cường độ ánh sáng trung bình như cải bắp, cải trắng, cải củ, hành,
tỏi.
Nhóm yêu cầu cưòng độ ánh sáng yếu: xà lách, rau diếp.
Dựa vào cách phân loại này mà có chế độ xen canh gối vụ phù hợp để tận dụng hết
chất dinh dưỡng trong đất vừa tăng sản lượng rau trồng.
Ngày nay, ngoài ánh sáng Mặt trời, người ta còn dùng hệ thống đèn huỳnh quang để
bổ sung ánh sáng cho rau trồng trong nhà có mái che.
Một số đơn vị đo ánh sáng:
Lumen: Đơn vị của quang thông, thông lượng được phát ra trong phạm vi một đơn
vị góc chất rắn bởi một nguồn điểm với cường độ sáng đều nhau là một Candela.
Một lux là một lumen trên mỗi mét vuông. Lumen (lm) là đương lượng trắc quang
của Watt, được tăng lên để phù hợp với phản ứng mắt của “người quan sát chuẩn”
1W=683 lumen tại bước song 555 nm.
Hiệu suất tải lắp đặt: Đây là độ chiếu sáng duy trì trung bình được cung cấp trên
một mặt phẳng làm việc ngang trên mỗi Watt công suất với độ chiếu sáng nội thất
chung được thể hiện bằng lux/W/m².
Lux: Đây là đơn vị đo theo hệ mét cho độ chiếu sáng của một bề mặt. Độ chiếu sáng

duy trì trung bình là các mức lux trung bình đo được tại các điểm khác nhau của
một khu vực xác định. Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông.
Hiệu suất tải mục tiêu: Giá trị của hiệu suất tải lắp đặt được xem là có thể đạt được
với hiệu suất cao nhất, được thể hiện bằng lux/W/m².
Hệ số sử dụng (UF): Đây là tỷ lệ của quang thông do đèn phát ra tới mặt phẳng làm
việc. Đây là đơn vị đo thể hiện tính hiệu quả của sự phối hợp chiếu sáng.
1.4.2 Nhiệt độ
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/42

Là yếu tố quan trọng nhất trong sinh trưởng và sự phát triển của cây rau. Nhiệt độ
chính là yếu tố tạo nên các vùng khí hậu khác nhau trên trái đất và từ đó có các loại
rau riêng biệt cho từng vùng. Mỗi loài rau sẽ có nhiệt độ thích hợp để sinh trưởng
và phát triển.
Một số loài rau sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 5ºC, đem trồng vào mùa nóng sẽ ngừng
sinh trưởng hoặc chết đi. Các loại rau bắp cải, su hào, cải trắng, củ cải phát triển tốt
ở 13 – 15°C cao nhất lên đến 27°C, nếu nhiệt cao hơn cây sẽ chết. Các loại xà lách
cuốn, rau diếp, ngò tây, cải canh phát triển tốt ở 16°C có thể chịu được khi nhiệt độ
xuống 7°C. Các loại đậu đỗ, bầu bí, cà chua, ớt phát triển ở 15 – 30°C.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nảy mầm của hạt, ví dụ hành có thể nảy mầm ở 2°C, cà
rốt và các loại cải thì ở 5°C, bầu bí nảy mầm ở nhiệt độ ấm khoảng 35°C.
Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến sự phát triển, sự nở hoa, chất lượng sản phẩm, khả
năng bảo quản, thời gian ngủ của hạt và ảnh hưỏng đến sự phát triển của sâu bệnh
trên các loại rau.
1.4.3 Độ ẩm
Độ ẩm trong không khí, trong đất có tác động đến các giai đoạn sinh trưởng của cây

như sự nảy mầm của hạt, sự ra hoa, kết hạt, thòi gian chín của quả, chất lượng rau,
sản lượng, sinh trưởng sinh dưỡng, phát sinh sâu bệnh và bảo quản hạt giông.
Nhiệt độ và độ ẩm có quan hệ mật thiết với nhau và có tác động lớn đến sinh
trưỏng, tái sinh của nhiều loài rau, đặc biệt là trong sản xuất hạt giống.
Độ ẩm đất là lượng nước trong mẫu đất đã bị mất đi khi mẫu đất đó bị đốt nóng lên
đến nhiệt độ 105°C. Độ ẩm đất thường được biểu diễn theo % của khối lượng đất
khô.
Công thức tính độ ẩm đất như sau

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/42

mw

md
W=

× 100

(1.1)

Trong đó:
W: độ ẩm đất (%)
mw: khối lượng nước có trong đất (g).
md: khối lượng đất khô (g).
Khối lượng nước có trong mẫu đất xác định bằng độ chênh lệch của khối lượng mẫu

đất trước và sau khi được sấy khô ở nhiệt độ 105°C.

1.4.4 Nước
Thành phần hóa học trong rau chủ yếu là nước, chiếm đến 90%, do đó lượng nước
cây cần lấy vào trong tự nhiên là rất lớn. Nước còn là môi trường sống của một số
loại rau (rau muống…). Nước nơi chất khoáng hoà tan được rễ hút vào nuôi cây.
Nước cũng là môi trường để pha các loại thuốc trừ sâu bệnh. Nên muốn có năng
suất rau cao, cần đảm bảo lượng nước đủ theo nhu cầu của từng loại rau.
Nơi trồng rau phải gần nguồn nước sạch, nước được lấy từ giếng khoan, ao hồ có
nước lưu thông. Không được dùng nước thải sinh hoạt, nưóc từ các bệnh viện, các
khu công nghiệp thải ra chưa được qua hệ thống xử lý. Nước tưới bẩn không làm
rau bị chết mà chính các yếu tố độc hại ấy tích lại trong rau, gây ngộ độc cho người
tiêu dùng.
Ngoài các yếu tố chính kể trên, còn nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến năng
suất rau như bụi, không khí, đất trồng, chất khoáng… cũng không kém phần quan
trọng.
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/42

Bụi làm bịt kín các lỗ thở trên lá cây ảnh hưởng đến việc thoát hơi nước, đến quang
hợp. Không khí bị ô nhiễm làm rau không phát triển bình thường, lá héo rũ. Không
khí còn mang bào tử nấm, mầm bệnh xâm nhập vào cây… Gió bão, mưa làm ngã,
gẫy, giập nát lá… Để hạn chế thiệt hại do các yếu tố trên gây ra, người trồng rau
phải che chắn, tránh xa nơi thải chất độc hại, xa đường giao thông.
1.5 Một số cây trồng điển hình
1.5.1 Bắp cải

Bắp cải là cây trồng yêu cầu cần lượng nước lớn. Ở miền bắc trong vụ đông xuân
chỉ trong điều kiện được tưới thì bắp cải mới cho năng suất cao.
Hạt cải bắp nảy mầm tốt nhất ở nhiệt độ 18-20 oC. Cây phát triển thuận lợi nhất ở
15-18 oC.
Lượng nước cần cho bắp cải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: giống, nhiệt độ, độ
ẩm không khí, lượng mưa.
Đối với bắp cải, trồng đầu vụ trong thời tiết khô hanh, độ ẩm đất cần đảm bảo
không thấp hơn 80% và duy trì như vậy cho tới lúc thu hoạch. Độ ẩm thấp hơn 60%
làm giảm 50% năng suất và độ ẩm 70% tuy không làm giảm khối lượng của cây
nhưng làm giảm khối lượng của phần bắp cuộn dẫn đến làm giảm năng suất kinh tế.
1.5.2 Khoai lang
Khoai lang có nhiệt độ sinh trưởng tương đối cao. Nhiệt độ tối thích là khoảng giữa
21-23oC. Ở nhiệt độ 10oC lá chuyển màu vàng và cây sẽ chết.
Ở nhiệt độ 15oC phần lớn lá vẫn giữ được màu xanh, nhưng cây không lớn được.
Ở nhiệt độ từ 20 đến 25oC cây sinh trưởng nhanh hơn, tỷ lệ thuận với nhiệt độ.
Nhiệt độ từ 45oC cây sinh trưởng không tốt bằng ở nhiệt độ 25oC.
Mặc dù độ ẩm thích hợp cho khoai lang nói chung là khoảng 70-80% độ ẩm tối đa
đồng ruộng, nhưng nhu cầu về nước đối với khoai lang qua từng thời kỳ sinh trưởng
phát triển cũng có khác nhau. Nhu cầu nước của khoai lang có thể chia ra làm 3 giai
đoạn.
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/42

Giai đoạn đầu (từ trồng đến kết thúc thời kỳ phân cành kết củ) nhu cầu nước của
khoai lang còn thấp nên độ ẩm đất chỉ cần đảm bảo 65-75% độ ẩm tối đa đồng.
Giai đoạn thứ hai: Để tạo nên được lượng sinh khối lớn cây khoai lang cần rất nhiều

nước. Lượng nước cần tăng dần từ đầu cho đến khi thân lá đạt đến trị số tối đa.
Lượng nước cần cho giai đoạn này chiếm cao nhất. Khoảng 50-60% tổng lượng
nước cần trong suốt thời kỳ sinh trưởng. Tuy nhiên để cho luống khoai có đủ độ
thoáng khí, độ ẩm đất cũng chỉ cần đảm bảo 70-80% độ ẩm tối đa đồng ruộng.
Giai đoạn thứ ba: Lượng nước cần vào giai đoạn này đã bắt đầu giảm xuống, chỉ
khoảng trên dưới 20% tổng lượng nước cần trong suốt thời kỳ sinh trưởng phát triển
của cây khoai lang. Tuy nhiên để củ phát triển thuận lợi cũng cần đảm bảo độ ẩm
đất 70-80% độ ẩm tối đa đồng ruộng. Trong sản xuất thường người ta ít tưới vào
giai đoạn này bởi giai đoạn này nếu độ ẩm trong đất quá cao hoặc gặp trời mưa củ
khoai lang rất dễ bị thối.

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/42

CHƯƠNG 2.

SƠ ĐỒ KHỐI VÀ MẠCH NGUYÊN LY

2.1 Sơ đồ của hệ thống
Cảm biến nhiệt độ
và độ ẩm không
Điều khiển

khí

Cảm biến cường độ

ánh sáng

Trung tâm xử lý tín

Cloud, App

hiệu

Cảm biến độ ẩm
đất

Hình 2-1: Sơ đồ toàn mạch

Giải thích sơ đồ:
 Khối cảm biến là mạch thu nhận dữ liệu có chức năng thu thập các thông số
cảm biến, xử lý và sau đó tổng hợp và gửi về bộ tổng master.
 Khối trung tâm xử lý tín hiệu xử lý mọi thông tin từ nhận dữ liệu từ các
slave, điều khiển động cơ, thiết bị cũng như đưa dữ liệu lên server.
 Khối điều khiển ở đây là các mạch điều khiển bao gồm relay để bật tắt bơm
và các đèn báo hiệu.
 Khối cloud, app bao gồm gửi dữ liệu lên internet và điện thoại.
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/42

2.1.1 Sơ đồ khối cảm biến

Cảm biến

Nguồn

Xử lý tín hiệu

Hình 2-2: Sơ đồ khối mạch cảm biến

Giải thích sơ đồ:
 Khối nguồn đơn giản cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động.
 Khối cảm biến ở đây sử dụng cảm biến độ ẩm đất và cảm biến đo nhiệt
độ, độ ẩm của môi trường.
2.1.2 Sơ đồ khối trung tâm xử lý

Hiển thị, điều
khiển
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT

Nguồn

VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/42

Wifi
Cloud, App

Xử lý

Hình 2-3: Sơ đồ khối mạch trung tâm xử lý

Giải thích sơ đồ:
 Khối nguồn cung cấp nguồn cho toàn mạch.
 Khối cảm hiển thị, điều khiển dùng màn hình hiển thị để cho phép người
dùng dễ dàng theo dõi và điều khiển.
 Khối xử lí dùng WiFi ESP8266 xử lý dữ liệu, gửi lên internet, điện thoại,
đảm nhận nhiệm vụ nhận dữ liệu, so sánh, điều khiển động cơ, gửi lên server
để theo dõi, thống kê, quan sát.
 Khối cloud giúp hiển thị, thống kê và theo dõi hệ thống.
 Khối mobile hiển thị các thông số, điều khiển thiết bị.

2.2 Sơ đồ nguyên lý

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/42

Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý mạch

Dựa theo sơ đồ khối ở trên ta xây dựng được sơ đồ nguyên lý.
Sơ đồ nguyên lý kết nối cảm biến độ ẩm đất, cảm biến DHT22 với vi điều khiển
esp8266.
Module cảm biến độ ẩm đất thu thập dữ liệu độ ẩm đất, kết nối esp8266 để đọc dữ
liệu cảm biến.
Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 sẽ đọc nhiệt độ và độ ẩm của môi trường

xung quanh nó.
2.3 Sơ đồ giải thuật
2.3.1 Khối cảm biến

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/42

Hình 2-5: Sơ đồ giải thuật

Giải thích lưu đồ:
Khởi tạo, đọc và xử lý dữ liệu từ cảm biến. Vi điều khiển đọc dữ liệu, chờ khi nhận
được tín hiệu hỏi từ master. Dữ liệu nhận được là đúng thì các thông số sẽ được gửi
đi. Nếu thời gian xử lý quá lâu, hệ thống bị đơ không nhận cũng không gửi đi thì vi
điều khiển sẽ tự động reset lại quá trình và thực hiện lại.
2.3.2 Khối trung tâm xử lý
Lưu đồ:

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/42

S

Hình 2-6: Sơ đồ giải thuật

Giải thích lưu đồ:
Khởi tạo biến thời gian. Vi điều khiển sẽ hỏi slave và chờ tín hiệu trả về. Tín hiệu
độ ẩm đất sau khi nhận về sẽ được so sánh, dùng nó để bật tắt động cơ theo ý người
sử dụng. Bộ thu còn nhiệm vụ đưa thông số lấy được lên server để tiện theo dõi,
quan sát, thống kê thay đổi.

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/42

CHƯƠNG 3.

MỘT SỐ LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH

3.1 Một số linh kiện chính được sử dụng trong mạch
3.1.1 Giới thiệu về esp8266
ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và
lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ
thống khác hoặc đóng vai trò như một giải pháp độc lập.
Kít ESP8266 là kít phát triển dựa trên nền chíp Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ
dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trên borad. Bên trong
ESP8266 có sẵn một lõi vi sử lý vì thế bạn có thể trực tiếp lập trình cho ESP8266
mà không cần thêm bất kì con vi sử lý nào nữa. Hiện tại có hai ngôn ngữ có thể lập
trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduino để lập trình với
bộ thư viện riêng hoặc sử dụng phần mềm node MCU

Hình 3-1: esp8266 v12 [nguồn internet]

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/42

Hình 3-2: Sơ đồ chức năng về esp8266. [nguồn internet]

Thông số kỹ thuật:
Ic chính ESP8266 Wifi SoC
Chip nạp CP2102
Nguồn cấp 5vdc
GPIO giao tiếp mức logic 3.3v
Tích hợp anten PCB trace trên module
Tiêu chuẩn wifi: 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật WPA/WPA2
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/42

Khoảng cách giữa các chân 2mm
3.1.2 Cảm biến độ ẩm đất
Module cảm biến độ ẩm của đất cho phép đo độ ẩm của đất và điều khiển động cơ
khi đất quá khô hoặc quá ẩm.

Mạch cảm biến độ ẩm đất với các trạng thái như ngõ ra mức thấp (0V), khi đất khô
ngõ ra sẽ lên mức cao (5V), có độ nhạy cao và có thể điều chỉnh độ nhạy bằng xoay
biến trở trên module với độ chính xác khoảng ±5%.

Hình 3-3: Module cảm biến độ ẩm đất. [nguồn internet]

3.1.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
DHT22 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm dễ sử dụng và tiện nhất hiện nay. Với chi phí
rẻ, dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire. Cảm biến tích hợp bộ tiền xử lý tín
hiệu cho phép dữ liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính
toán nào.

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/42

Hình 3-4: Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. [nguồn internet]

3.1.4
Module cảm biến cường độ ánh sáng BH1750
Cảm Biến Cường Độ Ánh Sáng BH1750 là cảm biến ánh sáng với bộ chuyển đổi
AD 16 bit tích hợp trong chip và có thể xuất ra trực tiếp dữ liệu theo dạng digital.
cảm biến không cần bộ tính toán cường độ ánh sáng khác.
BH1750 sử dụng đơn giản và chính xác hơn nhiều lần so với dùng cảm biến quang
trở để đo cường độ ánh sáng với dữ liệu thay đổi trên điện áp dẫn đến việc sai số
cao.Với cảm biến BH1750 cho dữ liệu đo ra trực tiếp với dạng đơn vị là LUX
không cần phải tính toán chuyển đổi thông qua chuẩn truyền I2C.

Hình 3-5: Module BH1750. [nguồn internet]

Cường độ được tính như sau:
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/42

Ban đêm: 0.001 - 0.02 lx.
Trời sáng trăng: 0.02 - 0.3 lx
Trời mây trong nhà: 5 - 50 lx.
Trời mây ngoài trời: 50 - 500 lx.
Trời nắng trong nhà: 100- 1000 lx.
Thông số kỹ thuật:
Chuẩn kết nối i2C
Độ phân giải cao(1 - 65535 lx )
Tiêu hao nguồn ít.
Khả năng chống nhiễu sáng ở tần số 50 Hz/60 Hz
Sự biến đổi ánh sáng nhỏ (+/- 20%)
Độ ảnh hưởng bởi ánh sáng hồng ngoại rất nhỏ
Nguồn cung cấp : 3.3V-5V
Kích thước board : 0.85*0.63*0.13"(21*16*3.3mm)

CHƯƠNG 4.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

4.1 Yêu cầu
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/42

Hiển thị dữ liệu thu thập được lên web để theo dõi thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường
độ ánh sáng.
Lưu trữ dữ liệu thu thập được từ các cảm biến
Điều khiển bật tắt các thiết bị như đèn quạt
Thi công mạch
4.2 Hiển thị dữ liệu lên web
Dữ liệu thu thập được gửi lên web. Dữ liệu được hiển thị trên web sẽ là dữ liệu
được cập nhật gần nhất. Thời gian cập nhật dữ liệu có thể tùy chọn thiết lập tùy theo
nhu cầu của người dùng. Dù bạn đang ở bất kì nơi đâu chỉ cần kết nối internet. Bạn
có thể theo dõi thông số nhiệt độ độ ẩm của khu vườn mình không nhất thiết bạn ở
trong vườn. Điều đó chứng tỏ bạn đã ứng dụng công nghệ Iot vào khu vườn mình.

Hình 4-1: Giao diện web
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/42

4.3 Điều khiển từ xa
Hệ thống tưới nước, đèn và quạt sẽ được điều khiển từ xa thông wa web. Thông qua

quá trình quan sát dữ liệu thu thập được từ cảm biến. Người nông dân có thể dễ
dàng bật tăt các thiết bị cho khu vườn nhà mình. Dĩ nhiên muốn theo dõi được thì
chúng ta cần có wifi hoặc 4G để điều khiển thiết bị. Điều này mang tính tiện lợi
khoảng cách và thời gian. Việc điều khiển tùy thuộc vào từng loại cây trồng khác
nhau, điều kiện thời tiết khí hậu và nhiều yếu tố khác nữa.

Hình 4-2: Điều khiển các thiết bị từ xa

Việc điều khiển từ xa rất tiện dụng và tiết kiệm thời gian. Chỉ cần chạm vào màn
hình là có thể điều khiển được bơm, đèn, quạt.

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/42

Ngoài web ra chúng ta còn có thể giám sát qua app điện thoại, trong đề tài sử dụng
app blynk để diều khiển và giám sát các thiết bị Rất tiện dụng chỉ cần một chiếc
điện thoại có kết nối mạng. App này có thể tải trên cả hai hệ điều hành ios và
android. App có giao diện đẹp mắt, dễ nhìn, tiện lợi cho người sử dụng. Thích hợp
với các dự án Iot. Có thể thiết lập tùy chọn một số phần cứng như ESP8266,
Raspberry Pi, Arduino và nhiều phần cứng khác nữa.
App blynk được lựa chọn vì dễ sử dụng chỉ cần đăng kí tài khoản là có ngay quá
đơn giản. Giao diện đẹp chỉ cần kéo thả không cần phải lập trình android hay ios.
Có thể thử nhanh chóng và ứng dụng dự án của mình vào thực tế. Dĩ nhiên bên cạnh
những ưu điểm đó thì vẫn còn hạn chế là phải mua energy để tạo được nhiều giao
diện và chia sẻ cho người khác. Muốn sử dụng được blynk thì cần phải tải thư viện
của nó thông qua IDE.

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/42

Hình 4-3: Giao diện app blynk

4.4 Chế độ tự động và điều khiển bằng tay
Chế độ tự động mang lại hiệu quả cao cho cây trồng đặc biệt trong tình hình biến
đổi khí hậu như hiện nay. Một đề tài Iot được đánh giá cao là nhờ tính tự động này,
chế độ này giúp người nông dân có thể khắc phục những khó khan mà thời tiết gây
làm giảm rủi ro cho cây trồng. Ngoài ra còn tiết kiệm thời gian và tăng độ chính xác
giảm điều khiển bằng tay.
Khi độ ẩm dất dưới mức ngưỡng cho phép máy bơm sẽ được bật nếu kiểm tra độ
ẩm đất vẫn không nằm trong ngưỡng cho phép thì máy bơm tiếp tục bật. Đến khi
nào độ ẩm đất nằm trong khoảng cho phép thì chế độ tự động xem như bj bỏ qua.
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT
VƯỜN THÔNG MINH