Ứng dụng IOT trong giám sát và điều khiển mô hình nhà vườn trồng cây nông nghiệp sạch

..

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH
BAN CHẤP HÀNH TP. HỒ CHÍ MINH
----------------------

CƠNG TRÌNH DỰ THI
GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA
LẦN THỨ XIX NĂM 2017

TÊN CÔNG TRÌNH: ỨNG DỤNG IOT TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ
HÌNH NHÀ VƯỜN TRƠNG CÂY NƠNG NGHIỆP SẠCH

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


i

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌ NH ẢNH .............................................................................. iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... v
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀ I ....................................................................... 2
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................2
1.2 ĐỐI TƯỢNG CÂY TRỒNG ................................................................................2
1.2.1 Xuất xứ .......................................................................................................2
1.2.2 Các lợi ích sức khỏe đem lại .......................................................................2
1.2.3 Nhu cầu thị trường ......................................................................................3
1.2.4 Một số đặc điểm phát triển cơ bản ..............................................................3

1.2.5 Một vài hình ảnh về đối tượng cây trồng....................................................3
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................4
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................5
1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ...............................................................................................5
1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 6
2.1 ARDUINO ............................................................................................................6
2.2 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT ....................................................................................7
2.3 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ DHT11 ...................................8
2.4 ARDUINO ETHERNET SHIELD .......................................................................9
2.5 MÀN HÌNH LCD .................................................................................................9
2.5.1 Hình dáng và cấu tạo ..................................................................................9
2.5.2 Sơ đồ kết nối LCD và MCU .....................................................................10
2.6 IOT ......................................................................................................................11
2.6.1 Giới thiê ̣u đơi nét về Cayenne ..................................................................11
2.6.2 Một số thành phần chính trong nền tảng ..................................................12
2.6.3 Các chức năng Cayenne cung cấp ............................................................13
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ......... 14
3.1 LỰA CHỌN PHƯỚNG ÁN THIẾT KẾ ............................................................14
3.2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ ............................................................................................15
3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ..................................16
3.3.1 Sơ đồ khối .................................................................................................16
3.3.2 Khối điều khiển trung tâm ........................................................................17
3.3.3 Khối cảm biến và bàn phím ......................................................................18
3.3.4 Khối thực thi .............................................................................................19


ii

3.3.5 Khối nguồn ...............................................................................................20

3.4 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ...............................................................21
3.4.1 Chương trình chính ...................................................................................22
3.4.2 Các chương triǹ h con ................................................................................27
3.5 MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .....................................................32
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................... 35
4.1 KẾT LUẬN .........................................................................................................35
4.1.1 Ưu điểm ....................................................................................................35
4.1.2 Nhược điểm ..............................................................................................35
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 36
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 38


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Các thiết bị cấp tín hiệu vào khối điều khiển trung tâm …….…………..18
Bảng 3.2 Các thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển trung tâm ....….19
Bảng 3.3 Yêu cầ u thiế t kế mô hình nhà vườn trồ ng cây nông nghiê ̣p sạch…….….34
Bảng 3.4 Kế t quả thực nghiê ̣m mô hình nhà vườn trồ ng cây nông nghiê ̣p sạch…..34


iv

DANH MỤC CÁC HÌ NH ẢNH
Hình 1.1 Cây cà chua đen ...........................................................................................3
Hình 1.2 Hình dáng và bên trong quả cà chua đen ....................................................4
Hình 2.1 Logo Arduino ...............................................................................................6
Hình 2.2 Cảm biến độ ẩm đất .....................................................................................7
Hình 2.3 Hình dáng của cảm biế n DTH11 .................................................................8

Hình 2.4 Arduino Ethernet Shield ...............................................................................9
Hình 2.5 Hình dáng của loại LCD thông dụng. ........................................................10
Hình 2.6 Sơ đồ kết nối chân của LCD với MCU ......................................................10
Hình 2.7 Một số thành phần chính trong nền tảng ...................................................11
Hình 2.8 Giao diê ̣n của Cayenne trên máy tính và điê ̣n thoại ..................................12
Hình 3.1 Board Arduino Mega 2560 R3 ...................................................................14
Hình 3.2 Thơng số khung cơ khí trên phần mềm AutoCAD (Đơn vị: cm) ................15
Hình 3.3 Mặt chiếu bằng khung cơ khí (Đơn vị: cm) ...............................................15
Hình 3.4 Mô phỏng 3D phần khung cơ khí ...............................................................16
Hình 3.5 Sơ đờ khớ i hệ thống ....................................................................................16
Hình 3.6 Module điề u khiể n trung tâm và Module Relay .........................................17
Hình 3.7 Module màn hình LCD, module bàn phím và cảm biến DTH11 ...............18
Hình 3.8 Module điề u hòa không khí ........................................................................19
Hình 3.9 Module nguồ n 24Vdc - 10A .......................................................................20
Hình 3.10 Lưu đồ tổ ng quan chương trình ...............................................................21
Hình 3.11 Mô hình nhà vườn trồ ng cây nông nghiê ̣p sạch. ......................................32
Hình 3.12 Giao diê ̣n điề u khiể n hê ̣ thố ng nhà vườn trên nề n tảng Web ...................33


v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADC

Analog-to-digital converter: Mạch chuyển đổi tương tự ra số.

CPU

Central Processing Unit: Bộ xử lý trung tâm.

DIY

Do It Yourself.

GPIO

General Purpose Input Output: Cổng đầu vào và ra với mục đích cơ bản.

I2C

Inter-Intergrated Circuit.

IC

Integrated Circuit: Vi mạch tích hợp.

IDE

Integrated Development Environment.

IoT

Internet of Things: Mạng lưới thiết bị kết nối Internet.

IT

Information Technology: Công nghê ̣ thông tin.

LCD

Liquid crystal display: Màn hình tinh thể lỏng.

LED

Light Emitting Diode.

MCU

Micro-controller Unit: Khối vi điều khiển.

MISO

Master Input/Slave Output.

MIT

Massachusetts Institute of Technology: Viện Công nghệ Massachusetts.

MOSI

Master Output/Slave Input.

PLC

Programmable Logic Controller: Bộ điều khiển Logic lập trình.

SPI

Serial Peripheral Bus.

SS

Slave Select.

USB

Universal Serial Bus.

USD

United States Dollar.


1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và PIC ngày
càng thông dụng và hồn thiện hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào
năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điểu khiển. Sự xuất hiện của
Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với
những người mới bắt đầu tìm tịi về vi điều khiển mà khơng có q nhiều kiến thức,
hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều
chức năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngơn ngữ lập trình vơ cùng dễ sử dụng tương
thích với ngơn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú, được chia sẻ miễn phí. Chính vì
những lý do như vậy mà Arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển ngày
càng mạnh mẽ trên toàn thế giới. Cùng với đó, là xu hướng IoT đang ngày càng phổ
biế n vào đời số ng, đem la ̣i nhiề u lơ ̣i ích cho con người.
Trên cơ sở kiến thức đã học cùng với sự hiểu biết về các thiết bị điện tử, nhóm tác
giả quyết định thực hiện đề tài: “ỨNG DỤNG IOT TRONG GIÁM SÁT VÀ
ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH NHÀ VƯỜN TRỒNG CÂY NƠNG NGHIỆP

SẠCH” với mục đích tìm hiểu thêm về Arduino, làm quen với các thiết bị điện tử
khác và nâng cao hiểu biết cho bản thân.
Bên ca ̣nh đó, hiện nay vấn đề thực phẩm bẩn đang xuất hiện tràn lan trên thị trường
hơn bao giờ hết. Các thông tin đại chúng cũng không ngừng đưa tin về các vụ ngộ
độc thực phẩm, các cơ sở sản xuất thực phẩm bẩn. Về lâu dài, sẽ ảnh hưởng đến sức
khỏe và gây ra nhiều gánh năng cho xã hội. Vì thế trong bối cảnh an toàn thực phẩm
hiện nay, nhu cầu của thị trường về các sản phẩm sạch và an toàn là thiết yếu đối
với mo ̣i người. Và đó cũng là mơ ̣t trong các lý do nhóm tác giả cho ̣n đề tài này.
Do kiến thức còn hạn hẹp, thêm vào đó đây là lần đầu nhóm tác giả thực hiện đề tài
nên không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế vì thế nhóm tác giả rất mong nhận
được sự góp ý từ các Quý vị để có thể hồn thiện đề tài của mình hơn nữa.


2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀ I
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi cuộc sống con người được nâng cao, những nhu cầu cuộc sống hằng ngày càng
cao đòi hỏi phải được hỗ trợ tốt hơn. Và từ những nhu cầu thực tế đó ý tưởng về mơ
hình nhà vườn trồng cây nơng nghiệp sạch được hình thành. Một nhà vườn cung
cấp những loại thực phẩm sạch sẽ là một trong những sự hỗ trợ và giúp đỡ cho cuộc
sống đầy rẫy những loại cây nơng nghiệp mà người trồng khơng cịn chú trọng chất
lượng, khơng cịn quan tâm đến người khác mà chỉ vụ lợi cho bản thân.
Ngày nay, với sự phát triển một cách nhanh chóng của ngành điện tử cũng như
nhiều ngành khác thì ý tưởng về nhà vườn thơng minh khơng cịn vướng bởi rào cản
cơng nghệ. Việc điều khiển nhà vườn thơng minh thơng qua smartphone hoặc máy
tính tạo nên bước ngoặc lớn trong việc điều khiển tự động, khơng dây một cách linh
hoạt, có thể nói sự phát triển không ngừng của những chiếc smartphone đã làm cho
cơng nghệ có thêm bước tiến, việc điều khiển dễ dàng hơn.
Từ ý tưởng đó, nhu cầu về cuộc sống tốt hơn nên việc xây dựng “ỨNG DỤNG

IOT TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH NHÀ VƯỜN TRƠNG
CÂY NƠNG NGHIỆP SẠCH” để đáp ứng phần nào trong cuộc sống của mọi
người.
1.2 ĐỐI TƯỢNG CÂY TRỒNG
1.2.1 Xuất xứ
Theo Telegraph, giống cà chua đen được Giáo sư Jim Myers, đại học Oregon, Mỹ
nghiên cứu và lai tạo từ năm 2012. Ông và cộng sự phát hiện cà chua tím rất giàu
anthocyanin, chất tạo màu và chống oxy hóa có trong quả việt quất. Anthocyanin là
chất chữa bệnh tiểu đường và béo phì hiệu quả. Họ đã lai tạo cà chua tím và cà chua
đỏ tự nhiên, tạo ra giống cà chua đen mới có tên Indigo Rose.
Ở Việt Nam, hiện nay các hạt giống cây cà chua đen được nhập khẩu chủ yếu từ các
nước My,̃ Nga, Pháp và Trung Quố c.
1.2.2 Các lợi ích sức khỏe đem lại
Quả cà chua đen có khả năng chống oxy hóa mạnh - ngăn ngừa các bệnh ung thư,
tiểu đường và béo phì.


3

1.2.3 Nhu cầu thị trường
Giá:
- Ha ̣t giố ng: 15.000 VNĐ/ha ̣t.
- Cây giố ng: 49.000 VNĐ/cây.
- Quả: 70.000 – 200.000 VNĐ/Kg.
1.2.4 Một số đặc điểm phát triển cơ bản
- Thời gian sinh trưởng: khoảng 120 ngày.
- Nhiê ̣t đô ̣ phát triể n tố t và năng suấ t chấ t lươ ̣ng: 26 o C  32 o C .
- Năng suấ t thu hoa ̣ch: 3 - 10 Kg/cây.
- Khả năng chố ng chiụ sâu bê ̣nh cao.
- Thić h nghi đươ ̣c với khí hâ ̣u Viê ̣t Nam.

1.2.5 Một vài hình ảnh về đối tượng cây trồng

Hình 1.1 Cây cà chua đen


4

Hình 1.2 Hình dáng và bên trong quả cà chua đen
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Tạo ra một mơ hình nhà vườn có thể:
-

Giám sát các thơng số: nhiệt độ mơi trường, độ ẩm đất và độ ẩm khơng khí.

-

Điều khiển các hệ thống tưới nước, điều hòa nhiê ̣t đơ ̣, độ ẩm khơng khí.

-

Có thể giám sát và điều khiển trên smartphone thơng qua Internet.

-

Giá thành hợp lí.


5

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm chạy thử và
hoàn thiện chương trình.
Ý nghĩa nghiên cứu:
Nếu thực hiện thành cơng đề tài này sẽ mang lại ý nghĩa về cả thực tiễn và lý luận
về ứng du ̣ng IoT trong lĩnh vực nơng nghiê ̣p.
• Ý nghĩa lý luận:
Là tài liệu nghiên cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên,
những người quan tâm về đề tài này.
• Ý nghĩa thực tiễn:
Có thể ứng dụng giải pháp IoT vào cho các trang trại nông nghiệp, ao nuôi tôm
trong việc đo lường, giám sát và điều khiển môi trường sinh trưởng phát triển của
động thực vật. Nhằm góp phần nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng cuộc sống
chúng ta.
1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu cho đố i tươ ̣ng là cây cà chua đen.
- Sử dụng công nghê ̣ vi điề u khiể n Arduino.
- Ứng dụng IoT trong việc giám sát và điều khiển từ xa thông qua internet.
1.6 KẾT CẤU CỦ A ĐỀ TÀ I
Đề tài gồm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Thiết kế và thi cơng mơ hình thực nghiê ̣m.
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài.


6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ARDUINO

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Một mạch Arduino bao gồm một vi
điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở
rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu
chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module
thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield.

Hình 2.1 Logo Arduino
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng cross-platform
(nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngơn ngữ lập
trình xử lý (Processing programming language) và project Wiring. Nó được thiết kế
để dành cho những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm. Một
chương trình hoặc code viết cho Arduino được gọi là một Sketch.
Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với
một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring", từ project Wiring gốc, có thể giúp
các thao tác input/output được dễ dàng hơn.


7

2.2 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT
Mạch cảm biến độ ẩm của đất gồm 2 bộ phận:
 Bộ phận cảm biến độ ẩm được gắm thẳng xuống đất.
 Bộ phận điều chỉnh độ nhạy nằm phía trên mặt đất.
Mạch cảm biến độ ẩm của đất hoạt động bằng cách so sánh độ ẩm từ phần nằm dưới
mặt đất với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màu
xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng/ngắt rơ le qua chân D0.
Khi đất khơ, chân D0 sẽ được giữ ở mức cao, có thể sử dụng để kích rơ le và chạy
máy bơm. Khi đất ẩm, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 sẽ được giữ ở mức
thấp, do đó ngắt rơ le.

Chân A0 có thể khơng dùng tới. Chân này được sử dụng để kết nối với ADC của vi
điều khiển đọc giá trị điện áp để biết được đất ẩm ít hay nhiều.
Mạch hoạt động với nguồn 5V.

Hình 2.2 Cảm biến độ ẩm đất


8

2.3 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM KHƠNG KHÍ DHT11
DHT11 là mô ̣t cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Nó ra đời sau và được sử dụng thay thế
cho dịng SHT1x ở những nơi khơng cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm.

Hình 2.3 Hình dáng của cảm biế n DTH11
DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình 2.3. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.
Thông số kỹ thuật:
- Đo độ ẩm: 20%-95%.
- Nhiệt độ: 0-50ºC.
- Sai số độ ẩm: ±5%.
- Sai số nhiệt độ: ±2ºC.


9

2.4 ARDUINO ETHERNET SHIELD
Arduino Ethernet Shield giúp kết nối bo Arduino với Internet một cách nhanh
chóng. Chỉ cần cắm Arduino Ethernet Shield lên bo Arduino, kết nối nó vào mạng
thơng qua một cáp RJ45 và thêm vài bước đơn giản thì chúng ta đã có thể kết nối
với thế giới thông qua Internet.

Hình 2.4 Arduino Ethernet Shield
Arduino Ethernet Shield được thiết kế dựa trên chip Wiznet W5100, hỗ trợ cả hai
chuẩn Ethernet là TCP và UDP. Arduino Ethernet Shield hỗ trợ tối đa bốn thiết bị
đồng thời kết nối. Sử dụng thư viện Ethernet có sẵn để kết nối với Internet thơng
qua một Jack RJ45.
2.5 MÀN HÌNH LCD
 Ưu điểm: hiển thị dễ dàng, có thể linh động hơn trong việc hiển thị, kết nối đơn
giản mạch điện không phức tạp …
 Nhược điểm: không thu hút được sự chú ý bằng led 7 thanh, giá thành cao …
2.5.1 Hình dáng và cấu tạo
 Có rất nhiều loại LCD được sử dụng trong nhiều ứng dụng của vi điều khiển.
LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: nó có khả năng hiển thi


10

kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số, kí tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng
theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn ít tài nguyên hệ thống ...
 Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau.

Hình 2.5 Hình dáng của loại LCD thông dụng.
2.5.2 Sơ đồ kết nối LCD và MCU

Hình 2.6 Sơ đồ kết nối chân của LCD với MCU


11

2.6 IOT
Hê ̣ thố ng sử du ̣ng phương pháp truyề n thông qua ma ̣ng Internet, sử du ̣ng ứng du ̣ng

Cayenne để giám sát các thông số trong nhà vườn.
Ưu điểm: Đơn giản, không yêu cầu kiến thức lập trình IT.
Nhược điểm: Giao diện và chức năng sẽ khơng tùy biến đa dạng như khi được lập
trình IT chuyên nghiệp.
2.6.1 Giới thiêụ đôi nét về Cayenne
Cayenne là một trong những App tiên phong trong việc thiết kế giao diện giao tiếp
với phần cứng theo cách rê và thả. Các dự án IOT được phần mềm cung cấp các
quyền để các nhà phát triển nhanh chóng tạo ra các dự án kết nối với các cảm biến.
Cayenne được thiết kế cho Internet Of Things, tức là Internet hóa các thiết bị điện.
Nó có thể kiểm sốt phần cứng từ xa, nó có thể hiển thị dữ liệu cảm biến, nó có thể
lưu trữ dữ liệu, phân tích và làm được nhiều điều thú vị khác.

Hình 2.7 Một số thành phần chính trong nền tảng


12

2.6.2 Một số thành phần chính trong nền tảng
- Cayenne App – App chạy trên các hệ điều hành iOS, Android dùng thiết lập và
kiểm soát dự án IOT của bạn bằng cách kéo và thả các widget từ một ứng dụng.
- Bảng điều khiển Cayenne Online - Sử dụng trình duyệt để thiết lập và kiểm sốt
dự án IOT của bạn. Bạn có thể điều khiển thiết bị của bạn từ xa qua website của
Cayenne với tài khoản đã đăng ký trước đó.
- Cayenne Cloud – Có trách nhiệm xử lý và lưu trữ của thiết bị, sử dụng và cảm
biến dữ liệu cho các lệnh, các lệnh điều khiển, thực hiện lệnh theo điều kiện và
cảnh báo.
- Cayenne Agent - cho phép giao tiếp với máy chủ để thực hiện các lệnh đầu vào và
kết xuất ra kết quả, các lệnh điều khiển, thực hiện lệnh theo điều kiện và cảnh báo.

Hình 2.8 Giao diê ̣n của Cayenne trên máy tính và điê ̣n thoại

Khi bạn nhấn một nút từ các ứng dụng Cayenne hoặc bảng điều khiển trực tuyến,
lệnh đó sẽ được đưa đến Cayenne Cloud để xử lý và chuyển tới phần cứng của bạn.
Sau đó, nó hoạt động giống như vậy theo hướng ngược lại từ phần cứng. Bạn có thể
sử dụng các ứng dụng Cayenne trên điện thoại hoặc bảng điều khiển trực tuyến, đó
là tùy thuộc vào bạn. Bất kỳ thay đổi bạn thực hiện cho phần cứng từ các ứng dụng
trên di động đều được đồng bộ với bảng điều khiển trực tuyến và ngược lại.


13

2.6.3 Các chức năng Cayenne cung cấp
- Kết nối bằng Ethernet, Wi-Fi và 3G/4G (trên điện thoại).
- Phát hiện và thiết lập Arduino trên mạng (sử dụng khi kết nối Ethernet hoặc WiFi)
- Có thể tùy biến bảng điều khiển bằng cách kéo và thả các widget
- Truy cập Arduino từ xa.
- Thêm và kiểm soát cảm biến, thiết bị truyền động và mở rộng kết nối với Arduino.
- Cấu hình các điều kiện điều khiển Arduino, cảm biến và các module.
- Cài đặt và nhận thông báo theo điều kiện qua email và tin nhắn văn bản.
- Giám sát thiết bị và lịch sử lưu trữ cảm biến dữ liệu.
- Điều khiển từ xa kiểm tra và và cấu hình phần cứng sử dụng GPIO.


14

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM
3.1 LỰA CHỌN PHƯỚNG ÁN THIẾT KẾ
Sau khi xem xét các phương án thiế t kế hiê ̣n có, nhóm tác giả quyế t đinh
̣ thực hiê ̣n
phương án sử du ̣ng công nghệ Vi điề u khiể n Arduino. Arduino sẽ có mô ̣t số ưu
điểm và nhươ ̣c điể m nổ i bâ ̣t như sau:

 Ưu điểm:
-

Kić h thước nhỏ go ̣n.

-

Nhiều loại Arduino và các “phụ kiện” cho Arduino.

-

Đã được tiêu chuẩn hóa, dễ dàng lắp ráp và lập trình.

-

Mã nguồn mở, cộng đồng sử dụng đơng đảo.

-

Chi phí đầu tư thấp.

 Nhược điểm:
-

Khả năng chống chịu với các tác nhân vô sinh của môi trường chưa cao.

-

Yêu cầ u khả năng lâ ̣p trình.

Hình 3.1 Board Arduino Mega 2560 R3


15

3.2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Hình 3.2 Thơng số khung cơ khí trên phần mềm AutoCAD (Đơn vị: cm)

Hình 3.3 Mặt chiếu bằng khung cơ khí (Đơn vị: cm)


16

Hình 3.4 Mơ phỏng 3D phần khung cơ khí
3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN
3.3.1 Sơ đồ khối

Hình 3.5 Sơ đồ khố i hệ thống


17

3.3.2 Khối điều khiển trung tâm
Mơ hình nhà vườn được thiết kế để tạo ra một môi trường sống cho cây trồng sinh
trưởng và phát triển mà ở đó chúng ta có thể kiểm sốt được các yếu tố vơ sinh như
ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, … Giúp cây trồng có thuận lợi phát triển, hạn chế những
chi phối từ điều kiện tự nhiên bên ngoài, giảm trừ sâu bệnh. Từ đó giúp tăng năng
suất cây trồng.
Ngồi việc điều khiển bằng các thiết bị ngoại vi được gắn trong nhà vườn. Ngày

nay với xu hướng IoT, mơ hình nhà vườn cịn được tích hợp thêm tính năng giám
sát và điều khiển qua các thiết bị hiển thị có kết nối Internet như máy tính, tablet,
smartphone.
Với hai chế độ là Auto và Manual. Người điều khiển có thể cài đặt và chạy hệ thống
với tùy biến sao cho phù hợp với thực tế sử dụng.
Chế đô ̣ dừng khẩ n cấ p giúp cho hê ̣ thố ng luôn đươ ̣c an toàn. Nó có thể đươ ̣c kích
hoa ̣t trực tiế p trên bảng điề u khiể n đươ ̣c lắ p đă ̣t trong nhà vườn hoă ̣c cũng có thể
đươ ̣c kić h hoa ̣t từ xa thông qua ứng du ̣ng của IoT.
Khi sự cố đã đươ ̣c khắ c phu ̣c xong, chúng ta có thể khởi đô ̣ng la ̣i hê ̣ thố ng thông
qua mô ̣t nút nhấ n vâ ̣t lý hoă ̣c có thể khởi đô ̣ng la ̣i hê ̣ thố ng ngay trên bảng điề u
khiể n. Tuy nhiên, hê ̣ thố ng sẽ yêu cầ u phải đươ ̣c nhâ ̣p đúng mô ̣t mã an toàn đã đươ ̣c
cài đă ̣t trước đó. Nế u mã an toàn không đươ ̣c nhâ ̣p đúng, mo ̣i cố gắ ng thao tác khởi
đô ̣ng la ̣i hê ̣ thố ng sẽ bi ̣hủy cho đế n khi mã an toàn đươ ̣c nhâ ̣p đúng.

Hình 3.6 Module điề u khiể n trung tâm và Module Relay


18

3.3.3 Khối cảm biến và bàn phím
Bảng 3.1 Các thiết bị cấp tín hiệu vào khối điều khiển trung tâm
Tên thiết bị

Cảm biến
DTH11

Hình ảnh

Thơng số kỹ thuật
Điện áp sử dụng: 5 Vdc.

Dòng điện lớn nhất: 2.5 mA.
Đo độ ẩm: 20% ÷ 95%.
Nhiệt độ: 0℃ ÷ 50ºC.
Sai số độ ẩm: ±5%.
Sai số nhiệt độ: ±2ºC.
Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz.
Kích thước: 15x12x5.5 mm.

Cảm biến độ
ẩm đất

Điện áp sử dụng: 5 Vdc.
Tín hiệu gửi MCU: Analog/Digital.
Sử dụng chip LM393 để so sánh.

Bàn phím ma
trận 4x4

Loại: Bàn phím mềm.
Độ dài cáp: 88 mm.
Nhiệt độ hoạt động: 0℃ ÷ 70℃.
Đầu nối ra 8 chân.
Kích thước: 77x69 mm.

Hình 3.7 Module màn hình LCD, bàn phím và cảm biến DTH11


19

3.3.4 Khối thực thi

Bảng 3.2 Các thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển trung tâm
Tên thiết bị
Máy bơm
nước

Module
điều hịa
nhiệt độ

Module tạo
độ ẩm

Hình ảnh

Thơng số kỹ thuật
Điện áp sử dụng: 12 Vdc.
Dịng điện sử dụng: 0.25 A.
Cơng suất: 3W.
Lưu lượng bơm: 1.8±0.1 L/phút.
Áp suất nước: 0.3 Mpa.
Kích thước: 86x46x46 mm.
Điện áp sử dụng: 12 Vdc.
Dòng điện sử dụng: 5 A.
Cơng suất: 60 W.
∆𝑇𝑚𝑎𝑥 = 67℃.
Kích thước: 40x40x3.8 mm.
Điện áp sử dụng: 24 Vdc.
Dòng điện sử dụng: 600 mA.
Đường kính mặt siêu âm: 20 mm.
Vỏ thép ngồi khơng gỉ.

Kích thước: 38x38x20 mm.

Hình 3.8 Module điề u hòa khơng khí