Mô hình hệ thống trồng rau tự động

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT

- NÔNG NGHIỆP - CNC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG
Trình độ đào tạo

: Đại Học Chính Quy

Ngành

: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử

Chuyên ngành

: Điều Khiển Và Tự Động Hóa

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lưu Hoàng
Sinh viên thực hiện : Lê Công Thành

MSSV: 16031542

Ngô Minh Quyền MSSV: 16031472
Lớp

: DH16TD

Vũng Tàu, Năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA CNKT - NNCNC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm
theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Họ tên sinh viên 1: Lê Công Thành
MSSV: 16031542

Ngày sinh: 06/03/1998

Email:
Họ tên sinh viên 2: Ngô Minh Quyền

Ngày sinh: 26/02/1998

MSSV: 16031472
Email:
Lớp

: DH16TD

Chuyên ngành

: Điều Khiển Và Tự Động Hóa

Hệ đào tạo

: Đại Học Chính Quy

I. Tên đề tài:

MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG

II. Giảng viên hướng dẫn:Ths. Lưu Hoàng
III. Ngày giao đề tài:

12/2019

IV. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 05/2020
Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

Trưởng bộ môn

Trưởng khoa

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT
(Của giáo viên hướng dẫn)
• Thái độ, tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
• Kiến thức chuyên môn:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
• Hình thức, bố cục trình bày:
……………………………………………………………………………………
.…………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………
• Nội dung, kết quả:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
• Nhận xét khác:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020

Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

3


NHẬN XÉT
(Của giáo viên phản biện)
• Thái độ, tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
• Kiến thức chuyên môn:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
• Hình thức, bố cục trình bày:
……………………………………………………………………………………
.…………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………
• Nội dung, kết quả:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
• Nhận xét khác:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020

Giáo viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

4


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lưu Hoàng - Giảng
viên bộ môn Điện - Điện Tử, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, giảng giải cho
chúng em trong lựa chọn đề tài cũng như trong quá trình thực hiện đề tài. Trong
quá trình thực hiện đồ án cũng đã xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được
sự hỗ trợ và góp ý của Thầy nên nhóm đã hoàn thành được đồ án.
Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, Tp.
Vũng Tàu, em đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ Thầy Cô và bạn
bè. Cảm ơn Hiệu Trưởng, cùng các quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng
Tàu đã hỗ trợ tận tình về trang thiết bị, phần mềm, cơ sở vật chất tạo điều kiện
hoàn thành đồ án. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy
Cô, những người đã truyền lại cho em rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý
báu, những sự giúp đỡ ấy đã tiếp thêm động lực cho em vững bước trên con
đường mình đã chọn. Và đặc biệt là Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử đã truyền đạt
kiến thức, kinh nghiệm cũng như tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm em hoàn
thành đề tài.
Xin cảm ơn các bạn cùng khóa, cùng khoa đã động viên, khích lệ, ủng hộ về
nhiều mặt góp phần làm nên thành công của đồ án này.
Cảm ơn Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu!
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Lê Công Thành
Ngô Minh Quyền

5


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, khoa học Công nghệ ngày càng đạt được những thành tựu to lớn, kéo
theo đó là sự phát triển vượt bậc trong các ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ
thuật. Đối với một nước mà nền nông nghiệp còn chiếm vai trò to lớn trong nền
kinh tế thì việc ứng dụng khoa học Công nghệ là điều cấp thiết và cần được mở
rộng. Nhằm giải quyết vấn đề này, nhờ sự giúp sức của tiến bộ về khoa học kỹ
thuật, các hệ thống giám sát, xử lý, cung ứng quá trình sản xuất.... ngày càng

hiện đại đã được đưa vào nông nghiệp và đặc biệt là các ứng dụng của Công
nghệ IOT đã góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và
giải phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với
mong muốn nghiên cứu và tạo ra một hệ thống giám sát nông nghiệp tiện ích sử
dụng Công nghệ IOT, để góp phần đáp ứng nhu cầu trên và đóng góp thêm giải
pháp phát triển, nhóm quyết định chọn đề tài: “MÔ HÌNH HỆ THỐNG
TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG”.

6


TÓM TẮT ĐỂ TÀI
Phương pháp thực hiện là dùng ESP32 xây dựng thành một khối điều khiển
trung tâm, dùng các module cảm biến: độ ẩm đất, nhiệt độ và độ ẩm không khí
thu thập dữ liệu từ môi trường canh tác gửi về ESP32, từ đó so sánh với thông
số đã cài đặt trước ESP32 sẽ điều khiển các thiết bị ngoại vi: máy bơm nước,
van điện. Bên cạnh đó ESP32 sẽ gửi dữ liệu lên ứng dụng Android điều khiển
phạm vi gần và Web thông qua ESP32 để điều khiển hệ thống từ xa.
Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu phương thức giao tiếp giữa ESP32 với

các cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí. Mô hình nhỏ
gọn, bố trí linh kiện hợp lí, dễ quan sát, sử dụng, đảm bảo tính an toàn và thẩm
mỹ.
Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của nhóm còn có hạn nên sẽ không
thể tránh khỏi những sai sót. Nhóm em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo
ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.

7


MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined.
I. Tên đề tài: MÔ HÌNH TRỒNG CÂY TỰ ĐỘNGError! Bookmark not
defined.
Ths. Lưu HoàngError!
not
II. Giảng viên hướng dẫn:
Bookmark
defined.
III. Ngày giao đề tài:12/2019 .................. Error! Bookmark not defined.
IV. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 05/2020 ............ Error!
Bookmark not defined.
NHẬN XÉT .......................................................... Error! Bookmark not defined.
(Của giáo viên hướng dẫn) .................................. Error! Bookmark not defined.
NHẬN XÉT .......................................................... Error! Bookmark not defined.
(Của giáo viên phản biện) .................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN........................................................ Error! Bookmark not defined.
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................... Error! Bookmark not defined.
TÓM TẮT ĐỂ TÀI.............................................. Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................... Error! Bookmark not defined.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................. Error! Bookmark not defined.
2. MỤC TIÊU.................................................. Error! Bookmark not defined.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................... Error! Bookmark not defined.
4. GIỚI HẠN ................................................... Error! Bookmark not defined.
5. BỐ CỤC....................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................... Error! Bookmark not defined.
1. ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined.
2. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐIError! Bookmark
not defined.
3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ..................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......... Error! Bookmark not defined.
1. GIỚI THIỆU ............................................... Error! Bookmark not defined.
2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ................ Error! Bookmark not defined.
1. GIỚI THIỆU ............................................... Error! Bookmark not defined.

1


2. THI CÔNG HỆ THỐNG ...........................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ....... Error! Bookmark not
defined.
1. KẾT QUẢ....................................................Error! Bookmark not defined.
2. NHẬN XÉT .................................................Error! Bookmark not defined.
3. ĐÁNH GIÁ..................................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..... Error! Bookmark not
defined.
1. KẾT LUẬN .................................................Error! Bookmark not defined.
2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................... Error! Bookmark not defined.

2


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp..........................................9
Hình 2. Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT............................................ 11
Hình 3. Ứng dụng Iot.............................................................................................11
Hình 4. Mô hình tưới rau Iot..................................................................................12
Hình 5. Hình ảnh minh họa................................................................................... 14
Hình 6. Logo Wifi..................................................................................................15
Hình 7. Module ESP 32.........................................................................................24
Hình 8. Bộ Nguồn..................................................................................................25
Hình 9. Mạch 8 Relay Opto cách ly 5VDC...........................................................26
Hình 10. Cảm biến lưu lượng................................................................................ 27
Hình 11. Cảm biến lưu lượng nước DN20............................................................ 28
Hình 12. Van điện từ..............................................................................................29
Hình 13. Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11..........................................30
Hình 14. Module cảm biến độ ẩm đất................................................................... 31
Hình 15. Sơ đồ khối hệ thống................................................................................32
Hình 16. Nguyên lý hoạt động...............................................................................35
Hình 17. Hình ảnh mô phỏng (Hệ thống phun nước)............................................36
Hình 18. Hình ảnh mô phỏng (Hệ thống phun nước)............................................37
Hình 19. Hệ thống phun nước............................................................................... 37
Hình 20. Hộp chứa nước........................................................................................38
Hình 21. Hộp chứa nước........................................................................................38
Hình 22. Kết nối với thiết bị điện..........................................................................39
Hình 23. Tổng quan mô hình từ trên..................................................................... 39
Hình 24. Tổng quan mô hình từ sau...................................................................... 40

Hình 25. Tổng quan mô hình từ trước................................................................... 40
Hình 26. Tổng quan mô hình bên cạnh..................................................................41
Hình 27. Tổng quan mô hình.................................................................................41
Hình 28. Tổng quan mô hình.................................................................................42

3


Hình 29. Tổng quan mô hình hoàn thiện và kết nối với ap................................... 42
Hình 30. Kết nối đường ống dẫn nước.................................................................. 43
Hình 31. Đầu phun nước........................................................................................43
Hình 32. Thùng chứa phân.................................................................................... 44
Hình 33. Van một chiều, van điện từ và van nước.................................................44
Hình 34. Cảm biến lưu lượng................................................................................ 45
Hình 35. Hộp đựng thiết bị điện (nguồn, chip, relay)............................................45
Hình 36. Motor bơm nước.....................................................................................46
Hình 37. Lắp đặt....................................................................................................46
Hình 38. Kết nối với bơm phân............................................................................. 47
Hình 39. Tổng quan mô hình.................................................................................48
Hình 40. Tổng quan mô hình.................................................................................49
Hình 41. Đi dây, kết nối các thiết bị điện.............................................................. 51
Hình 42. Mô hình hoạt động..................................................................................52
Hình 43. Mô hình hoạt động..................................................................................52
Hình 44. Mô hình hoạt động..................................................................................53
Hình 45. Mô hình hoạt động..................................................................................54
Hình 46. Mô hình hoạt động khi kết nối với app...................................................54
Hình 47. Mô hình hoạt động..................................................................................55
Hình 48. Cài đặt Arduino IDE...............................................................................56
Hình 49. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................57
Hình 50. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................57

Hình 51. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................58
Hình 52. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................59
Hình 53. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................59
Hình 54. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................60
Hình 55. Các bước cài đặt phần mền Arduino.......................................................60
Hình 56. Giao diện của ứng dụng ở trạng thái tự động (trái)................................ 79
Hình 57. Giao diện cài đặt.....................................................................................80

4


Hình 58. Giao diện theo dõi hằng ngày.................................................................81
Hình 59. Cài đặt quy trình tưới nước tưới phân cho rau........................................82
Hình 60. Giao diện cài đặt quy trình..................................................................... 82
Hình 61. Giao diện bắt đầu quy trình.................................................................... 83
Hình 62. Giao diện cài đặt kết nối wifi..................................................................84
Hình 63. Giao diện cài đặt API..............................................................................85
Hình 64. Giao diện theo dõi quy trình...................................................................86

5


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nông nghiệp luôn là vấn đề trọng yếu của mỗi quốc gia trong việc bảo đảm
an ninh lương thực, nó là một trong hai ngành sản xuất vật chất quan trọng của
nền kinh tế. Là khu vực sản xuất chủ yếu, đảm bảo đời sống cho xã hội, là thị
trường rộng lớn cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm của nền kinh tế và
tích lũy cho công nghiệp. Việt Nam hiện nay vẫn còn là một nước sản xuất chủ
yếu về nông nghiệp với trên 66,9% dân số cả nước tập trung sống ở vùng nông

thôn, lao động nông nghiệp chiếm tới 42% lao động trong toàn xã hội.
Ngày nay, nước ta đang hướng tới xây dựng một nền công nghiệp phát triển,
điều đó mang lại nhiều lợi ích cho đất nước nhưng cũng kèm theo nhiều hệ lụy,
đặc biệt là ô nhiễm môi trường, một trong những mảng chịu thiệt hại rất lớn từ
vấn đề trên chính là ngành nông nghiệp. Bên cạnh đó, trong nhiều năm qua, sản
xuất nông nghiệp ở Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn do các hiện tượng thời tiết
cực đoan ngày càng diễn biến phức tạp do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn
cầu, làm ảnh hưởng to lớn đến năng suất cũng như chất lượng các sản phẩm từ
nông nghiệp.
Cùng với đó, việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp, dịch
vu, đã làm giảm đáng kể nhân lực trong nông nghiệp, và theo nhiều dự báo số
lượng này sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới, điều này đưa tới những bài
toán cho việc giải quyết vấn đề nhân lực trong các ngành nông nghiệp.
Chính vì vậy, việc tìm kiếm những giải pháp mới để ổn định và nâng cao
chất lượng sản phẩm, năng suất thu hoạch trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà
nước trong những năm qua. Do đó, những ứng dụng Công nghệ được đưa vào
trong việc chăm sóc, thu hoạch trong nông nghiệp để khắc phục vấn đề thiên
tai, môi trường, cũng như tiết kiệm nhân lực, đồng thời gia tăng năng suất cây
trồng, đơn giản hóa việc quản lý.

6


Một trong những ứng dụng Công nghệ nổi bật được đưa vào trong nông
nghiệp trong những năm gần đây là Internet of thing ( viết tắt là IOT) đã và
đang đem lại nhiều kết quả thành Công, dần dần được áp dụng và phổ biến trên
nhiều diện tích canh tác nông nghiệp, vì vậy chúng em chọn đề tài “ MÔ HÌNH
HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG ” nhằm có hiểu biết thêm về tác động
của Công nghệ tới khả năng phát triển của cây trồng, cũng như quản lý của
người điều khiển, bên cạnh đó là nghiên cứu thêm về các ứng dụng Công nghệ

điện tử được đưa vào.
2. MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là xây dựng được một hệ thống IoT trong nông nghiệp có
khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm (thông qua các cảm biến), ổn định điều kiện
môi trường (thông qua bơm nước). Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác
giám sát - điều khiển trên một trang web và một ứng dụng trên smartphone.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• NỘI DUNG 1: Thiết kế phần cài đặt loại cây trồng trên website. Cập nhật
các thông số giới hạn để có thể điều khiển hệ thống ở hai chế độ: tự động và
bằng tay.
• NỘI DUNG 2: Thiết kế - thi Công mạch điều khiển.
• NỘI DUNG 3: Thiết kế - thi Công mô hình trồng rau trong nông nghiệp.
• NỘI DUNG 4: Nhận xét - đánh giá kết quả thực hiện. Hoàn thiện mô hình.
• NỘI DUNG 5: Hoàn thành luận văn.
4. GIỚI HẠN
Đề tài MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG gồm:
• Kích thước của mô hình thi công: dài 120cm, cao 15cm, rộng 60cm.
• Sử dụng 2 module cảm biến: module cảm biện độ ẩm đất, module cảm biến
nhiệt độ, độ ẩm không khí để truyền dữ liệu môi trường của đối tượng canh tác vào
bộ điều khiển trung tâm.
• Một ESP32 đóng vai trò làm bộ điều khiển trung tâm.

7


5. BỐ CỤC
• Chương 1: Tổng Quan.
Trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu,
các giới hạn thông số và bố cục đồ án.

• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Trình bày các lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết
kế, thi công cho đề tài.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán.
Trình bày tổng quan các yêu cầu của để tài về thiết kế và các tính toán hệ thống
bao gồm sơ đồ nguyên lý toàn mạch và của từng phần của hệ thống.
• Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
Trình bày kết quả thi công phần cứng và kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô
phỏng tín hiệu, kết quả thống kê.
• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá.
Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài bao gồm thời gian
nghiên cứu, kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá về đề tài và tính ứng dụng của đề
tài trong thực tiễn.
• Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển.
Trình bày kết quả đạt được so với mục tiêu đề ra ban đầu, nhận xét và đánh giá
kết quả đạt được của đề tài nghiên cứu. Hướng phát triển của đề tài sau này trong
quá trình nghiên cứu.

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP
1.1. Giới thiệu.
Từ khi lần đầu được giới thiệu cách đây gần 20 năm, cho tới hiện nay các ứng
dụng IOT là một trong những mảng Công nghệ phát triển nhất trong cuộc cách
mạng Công nghiệp 4.0, nó xuất hiện và tác động tích cực tới từng ngành, từng lĩnh
vực trong đó có ngành nông nghiệp. Ứng dụng IOT trong nông nghiệp góp phần tạo
nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng

năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải
thiện bộ mặt cho cho nền nông nghiệp trong tương lai gần.

Hình 1. Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp
1.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng Công nghệ IOT
Kiến trúc của IOT gồm bốn thành phần cơ bản chính gồm: Vạn vật (Things), Trạm
kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng (Internet) và cuối cùng là lớp dịch vụ (Service).

9


• Vạn vật (Things): Ngày nay có vô vàn vật dụng đang hiện hữu trong cuộc sống,
ở trên các khu canh tác, ở trong nhà hoặc trên chính các thiết bị lưu động của người
dùng. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ
liệu của đối tượng nông nghiệp một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thông minh thì
có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối. Từ đó, các thiết bị, vật dụng sẽ có thể
thực hiện nhiệm vụ của mình đối với đối tượng nông nghiệp cần quản lý.
• Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một vùng 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. Gateways có thể là một thiết bị vật lý hoặc là một
phần mềm được dùng để kết nối giữa Cloud (điện toán đám mây) và bộ điều khiển,
các cảm biến, các thiết bị thông minh.
• Hạ tầng mạng (Internet): Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP

được kết nối với nhau và liên kết với 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.
• Lớp dịch vụ (Service): Là các ứng dụng được các hãng Công nghệ, hoặc thậm

chí người dùng tạo ra để dễ dàng sử dụng các sản phẩm IOT một cách hiệu quả và
tận dụng được hết giá trị của sản phẩm.

1
0


Hình 2. Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT
1.3. Ứng dụng IoT trong nông nghiệp

Hình 3. Ứng dụng Iot
− IoT trong nông nghiệp là nền tảng của Nông nghiệp Thông minh. Nó sẽ
giúp nâng cao chất lượng, bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm và nâng cao giá trị
hàng nông phẩm.
Nông nghiệp thông minh là gì?
Nông nghiệp thông minh là một thuật ngữ rộng thu thập các hoạt động sản xuất
thực phẩm và nông nghiệp có ứng dụng công nghệ 4.0, bao gồm: IoT, Big Data và
công nghệ phân tích tiên tiến.

11


Ứng dụng quan trọng nhất trong nông nghiệp thông minh là Phân tích dữ liệu,
trực quan hóa và hệ thống hóa quản lý. Việc phân tích dữ liệu cảm biến sẽ thúc đẩy
tính minh bạch trong các quy trình nông nghiệp, vì nông dân có được những hiểu
biết quý giá về hiệu suất của cánh đồng, nhà kính, v.v. Không chỉ dừng lại ở đó, ở
mô hình nông nghiệp thông minh, người nông dân còn có thể tham khảo tư vấn của
hệ thống AI, được xây dựng trên nền tảng kiến thức của các nhà khoa học.
Các ứng dụng IoT phổ biến khác trong nông nghiệp thông minh có thể kể đến

như:
• Các hệ thống dựa trên cảm biến để giám sát cây trồng, đất, đồng ruộng, chăn
nuôi, kho chứa, hoặc bất kỳ yếu tố quan trọng nào ảnh hưởng đến sản xuất.
• Xe nông nghiệp thông minh, máy bay không người lái, robot tự động và thiết
bị truyền động.
• Không gian sản xuất nông nghiệp kết nối như nhà kính thông minh hoặc thủy
canh.

Hình 4. Mô hình tưới rau Iot
− Lợi ích của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp
Giống như trong các ngành công nghiệp khác, ứng dụng IoT trong nông nghiệp
hứa hẹn hiệu quả trước đây không có, giảm tài nguyên và chi phí, tự động hóa dựa
trên phân tích dữ liệu, và tối ưu hóa quy trình. Tuy nhiên, riêng đối với ngành nông
nghiệp, vai trò của IoT là vô cùng quan trọng. Nó sẽ mang tới các giải pháp

1
2


bước ngoặt, giải quyết những vấn đề cấp bách liên quan tới sự sinh tồn và phát triển
của loài người.
• Hiệu quả vượt trội: Ngày nay, ngành nông nghiệp là một cuộc đua. Nông dân
bị thúc ép phải trồng nhiều sản phẩm hơn trong khi chất lượng đất ngày một tệ hơn,
diện tích ngày một giảm và biến động thời tiết ngày một phức tạp. IoT trong nông
nghiệp sẽ cho phép nông dân theo dõi sản phẩm và điều kiện của họ trong thời gian
thực. Họ nhận được thông tin chi tiết nhanh, có thể dự đoán các vấn đề trước khi
chúng xảy ra và đưa ra quyết định sáng suốt về cách phòng tránh chúng. Ngoài ra,
các giải pháp IoT trong nông nghiệp cũng cho phép thực hiện quy trình sản xuất tự
động. Ví dụ: tưới tiêu, bón phân dựa trên nhu cầu và robot thu hoạch tự động.
• Phủ sóng nông nghiệp: Vào thời điểm dân số thế giới chạm ngưỡng 9 tỷ người,

70% trong số đó sẽ sống ở khu vực thành thị. Nhà kính và hệ thống thủy canh dựa
trên IoT đặt trong lòng thành phố sẽ là cứu cánh, cung cấp nguồn thực phẩm như
trái cây và rau tươi ngắn hạn cho công dân thành thị... Các hệ thống nông nghiệp
chu trình khép kín thông minh cho phép người ta cơ bản là trồng được thực phẩm ở
khắp mọi nơi, trong các siêu thị, trên các tòa nhà chọc trời, tường và mái nhà, trong
các container vận chuyển và, tất nhiên, trong chính gia đình mình.
• Giảm tài nguyên: Rất nhiều giải pháp IoT trong nông nghiệp được tập trung
vào việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, như: Nước, năng lượng, đất đai. Canh
tác chính xác bằng cách sử dụng IoT dựa trên dữ liệu được thu thập từ các cảm biến
khác nhau sẽ giúp nông dân phân bổ chính xác để sử dụng vừa đủ tài nguyên cần
thiết cho sự sinh trưởng và phát triển nông sản.
• Quy trình sạch hơn: Điều tương tự cũng liên quan đến thuốc trừ sâu và phân
bón. Các hệ thống dựa trên IoT để canh tác chính xác giúp các nhà sản xuất tiết
kiệm nước và năng lượng, không chỉ làm cho nông nghiệp xanh hơn, mà còn giảm
đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón. Cách tiếp cận này cho phép có
được một sản phẩm cuối cùng sạch hơn và hữu cơ hơn so với các phương pháp
nông nghiệp truyền thống.
• Nhanh chóng: Một trong những lợi ích của việc sử dụng IoT trong nông
nghiệp là cải tiến tốc độ của các quy trình. Nhờ hệ thống giám sát và dự đoán thời
gian thực, nông dân có thể nhanh chóng phản ứng với mọi thay đổi đáng kể về thời

1
3


tiết, độ ẩm, chất lượng không khí cũng như sức khỏe của từng loại cây trồng hoặc
đất trên đồng ruộng. Đặc biệt, trong điều kiện thời tiết thay đổi thất thường hoặc
khắc nghiệt, việc ứng dụng IoT trong nông nghiệp sẽ có thể giúp người nông dân
thời đại mới cứu lấy mùa màng.
• Cải thiện chất lượng nông sản: Nông nghiệp dựa trên nền tảng công nghệ sẽ

cho ra đời các sản phẩm tốt hơn. Bằng việc sử dụng cảm biến đất và cây trồng,
giám sát bằng máy bay không người lái (drone) trên không và lập bản đồ trang trại,
nông dân có thể hiểu rõ hơn sự phụ thuộc chi tiết giữa các điều kiện và chất lượng
của cây trồng. Sử dụng các hệ thống được kết nối, họ có thể tạo lại các điều kiện tốt
nhất và tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
− Kết luận
Thị trường sẽ hình thành và sụp đổ, các mô hình kinh doanh đột phá sẽ xuất hiện
hoặc thoái trào, nhưng nhu cầu lương thực của loài người sẽ không bao giờ giảm.
Vì lý do này, sự phát triển của các lĩnh vực như thực phẩm và nông nghiệp sẽ luôn
được chú trọng, đặc biệt là với các động lực chúng ta quan sát trên thế giới ngày
nay. Do đó, ứng dụng IoT trong nông nghiệp hứa hẹn một tương lai đầy tươi sáng.

Hình 5. Hình ảnh minh họa

1
4


2. CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI
2.1. GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG WIFI
Wifi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) là hệ thống mạng
không dây sử dụng sóng vô tuyến, cũng giống như điện thoại di đông, truyền
hình và radio. Kết nôi Wifi thường là sự lựa chọn hàng đầu của rất nhiều kỹ sư
giải pháp bởi tính thông dụng và kinh tế của hệ thống wifi và mạng LAN với
mô hình kết nối trong một phạm vi địa lý có giới hạn.

Hình 6. Logo Wifi

1
5

Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng
cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và
nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và
ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác
ở chỗ: Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Tần số này cao
hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền
hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.

Hiện nay, đa số các thiết bị wifi đều tuân theo chuẩn 802.11n, được phát ở
tần số 2.4Ghz và đạt tốc độ xử lý tối đa 300Megabit/giây
Hệ thống này đã hoạt động ở sân bay, quán café, thư viện hoặc khách sạn.
Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống
này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng
(hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng.
Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ
thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 6 chuẩn
thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g/n/ac/ad.
− Hoạt động
Máy tính xách tay cắm thêm thẻ adapter ở cổng PC card đang liên lạc với
router có hai ăng-ten nằm đằng sau.
Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều. Cụ thể:

Thiết bị adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy tính
chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng
một ăng-ten.

1

6


Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng. Nó gởi
thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet.
Quy trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từ
Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến và gởi đến adapter không dây
của máy tính.
− Sóng Wi-Fi
Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử
dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể
chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô
tuyến và ngược lại.
Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở
chỗ:
Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, 5 GHz hoặc 60 GHz. Tần số
này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay
và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.

Chúng dùng chuẩn 802.11:
Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất
và rẻ tiền nhất, và nó trở nên ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. 802.11b
phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 megabit/giây, và nó sử
dụng mã CCK (complimentary code keying).

1
7


Chuẩn 802.11g cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn

802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây. Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử
dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ
mã hóa hiệu quả hơn.
Chuẩn 802.11a phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 megabit/ giây. Nó
cũng sử dụng mã OFDM. Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn
nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng.
Chuẩn 802.11n cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn
802.11a, tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt 450 megabit/giây.
Chuẩn 802.11ac phát ở tần số 5 GHz nhanh hơn so với chuẩn 802.11n, tốc
độ truyền dữ liệu tối đa đạt đến 1.3 Gigabit/giây
Chuẩn 802.11ad phát ở tần số 60 GHz nhanh hơn so với chuẩn 802.11ac, tốc
độ truyền dữ liệu tối đa đạt đến 4,6 Gigabit/giây
WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số
khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm
thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc.

1
8