BÁO cáo bài tập NHÓM đề tài ỨNG DỤNG IOT TRONG mô HÌNH TRỒNG nấm KIM CHÂM

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện Điện tử - Viễn thông
----------------------------

Bộ môn: Hệ thống nhúng và thiết kế giao tiếp nhúng (ET4361)

BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG IOT TRONG MƠ HÌNH TRỒNG NẤM KIM CHÂM
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 5
1. Hồng Bích Phượng
20172763
2. Lê Đình Minh
20172698
3. Phan Dỗn Đức
20172486
4. Lê Cơng Luận
20172673
5. Phạm Thị Phượng
20172764

GVHD: TS. Hàn Huy Dũng
Hà nội, tháng 5/2021


Nội dung trình bày
I.

Tổng quan đề tài

II. Thiết kế hệ thống
III. Thiết kế chi tiết

IV. Phụ lục


I. Tổng quan đề tài
1. Mục đích, khách hàng, hồn cảnh sử dụng
a. Mục đích
- Đo chính xác nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất trong ni trồng nấm kim
châm
- Gửi các dữ liệu đo được về máy chủ thông qua cloud và app Blynk trên
smartphone
- Điều khiển tự động các thiết bị từ xa để tối ưu nhiệt độ, độ ẩm đất phù hợp với
từng thời kì phát triển của nấm
b. Khách hàng
- Người nông dân, các hộ trồng nấm còn đang sử dụng các biện pháp thủ cơng
trong ni trồng nấm
- Thích hợp với các hộ ni trồng mơ hình khơng q lớn (từ vài chục m2 đến vài
trăm m2)
c. Hoàn cảnh sử dụng
- Giám sát các thơng số nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất của môi trường và
hiển thị lên LCD cho người nông dân dễ quan sát
- Tự động tưới nước để làm mát khi độ ẩm cao hơn mức cho phép và nhiệt độ
cao, cảnh báo khi nhiệt độ quá cao (đa số các mơ hình nhỏ và vừa hiện nay là
mơ hình thủ cơng)
- Giảm bớt nhân cơng chăm sóc, lưu lại dữ liệu để ngày càng tối ưu điều kiện,

Nấm kim châm


I. Tổng quan đề tài
2.Yêu cầu kĩ thuật

a. Yêu cầu chức năng
• Đo được chính xác các thơng số gồm nhiệt
độ, độ ẩm khơng khí và độ ẩm đất với độ trễ
thấp.
• Hiển thị kết quả đo trên màn hình LCD và
giám sát từ xa thơng qua smartphone
• Điều khiển máy bơm từ xa thơng qua ứng
dụng trên smartphone. Có 2 chế độ: điều
khiển tự động, điều khiển thủ cơng.
• App trên smartphone có thể kết nối với
mạch từ bất kỳ đâu thơng qua mạng khơng
dây
• Có khả năng điều khiển thiết bị theo kịch
bản có sẵn, phản ứng với sự thay đổi của
mơi trường.
• Gửi thơng báo về điện thoại trong trường
hợp
xảy ra sự cố hoặc các thông số mơi
trường thay đổi đột ngột.

b. u cầu phi chức năng
• Mạch nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiêu thụ ít
năng lượng
• Hoạt động ổn định, độ trễ truyền khơng
q 10 giây
• Giao diện app trên smartphone dễ nhìn,
dễ thao tác
• Có tính linh hoạt: có thể sử dụng được để
giám sát nơng nghiệp trên nhiều khu vực
có các đặc điểm địa hình, khí hậu khác

nhau
• Tính chất chun dụng, giá thành rẻ, dễ
dàng thương mại hóa


I. Tổng quan đề tài
3. Đầu vào/ đầu ra
• Đầu vào: các tín hiệu tương tự:
nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm khơng
khí, ánh sang, mực nước.
• Đầu ra: các tín hiệu số: nhiệt độ,
độ ẩm của mơi trường hiển thị trên
khối hiển thị và điều khiển bật/tắt
máy bơm, đèn.

4. Các đặc điểm của hệ thống (con số)
• Delay: 1s (mong muốn)
• Tuổi thọ: >3 năm
• Nhiệt độ làm việc: 0 - 55 độ C
• Độ ẩm: 55- 100%

5. Yêu cầu thiết kế
• Unit cost: 800.000 VNĐ
• NRE cost: 200.000 VNĐ
• Size: 10cmx10cmx5cm
• Trọng lượng: 300-1000g
• Performance: Hoạt động liên tục
• Time-to-prototype: 1 tháng
• Time-to-market: 2 tháng (phụ thuộc yêu cầu
khách hàng) Flexibility: Có khả năng phát

triển một số tính năng như báo cháy, chống
trộm. . . Safety: Cao, thiết bị sẽ được chế tạo
vỏ để an toàn với người sử dụng, kể cả trẻ
em và các con vật


II. Thiết kế hệ thống
1. Sơ đồ khối
a. Sơ đồ đơn giản

− Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống phần cứng.
− Khối xử lý: là khối trung gian trong hệ thống nhưng đóng vai trị
quan trọng nhất, vừa nhận dữ liệu gửi về từ khối cảm biến và điện
thoại, vừa gửi dữ liệu điều khiển thiết bị cũng như hiển thị lên điện
thoại.
− Khối cảm biến: thu nhập dữ liệu môi trường và gửi lên khối xử lý.
− Khối điều khiển thiết bị: nhận lệnh điều khiển từ khối xử lý để trực
tiếp điêu khiển các thiết bị điện.
− Smartphone: hoàn toàn tách biệt với phần cứng, giao tiếp với duy
nhất khối xử lý qua sóng wifi. Nhận các giá trị thông số môi trường
như nhiệt độ, độ ẩm,… từ khối xử lý để hiển thị, đồng thời gửi các
lệnh điều khiển thiết bị xuống khối xử lý.


II. Thiết kế hệ thống
b. Sơ đồ khối đầy đủ


II. Thiết kế hệ thống
2. Bộ điều khiển trung tâm

Kit ESP8266 NodeMCU dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập
dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên
quan đến IoT
• Thơng số kỹ thuật:
 IC chính: ESP8266 Wifi SoC
 Phiên bản firmware: NodeMCU Lua
 Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102
 GPIO tương thích hồn tồn với firmware Node MCU
 Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin
 GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
 Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash
 Tương thích hồn tồn với trình biên dịch Arduino
 Kích thước: 25 x 50 mm
• Truyền thơng: Wifi

Kit ESP8266

Sơ đồ chân ESP8266


II. Thiết kế hệ thống
2. Giao diện người dùng
Ứng dụng Blynk
Blynk là một ứng dụng iOS và Android để kiểm soát thiết bị
Esp8266, Arduino, Raspberry Pi và thiết bị khác trên Internet.
Có ba thành phần chính trong nền tảng:
• Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm bằng
cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã
thiết kế sẵn.
• Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm

giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng. Người dùng
có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk cung cấp hoặc tự
tạo máy chủ Blynk riêng. Vì đây là mã nguồn mở, nên ta
có thể dễ dàng tích hợp vào các thiết bị và thậm chí có thể
sử dụng Raspberry Pi làm server của người dùng.
• Library Blynk – hỗ trợ cho hầu hết tất cả các nền tảng
phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ và
xử lý tất cả các lệnh đến và đi

Minh họa ứng dụng Blynk


III. Thiết kế chi tiết
1. Sơ đồ nguyên lý

Mạch nguyên lý thiết kế trên altium designer


III. Thiết kế chi tiết
1. Khối xử lý
Sử dụng vi điều khiển ESP8266 V1.0-12E trên kit
NodeMCU được hàn cố định trên đế PCB, và được tích
hợp IC nguồn AMS1117 tạo ra điện áp 3.3V
2. Khối cảm biến
a. Cảm biến độ ẩm đất:
• Điện áp sử dụng: 3.3-5V.
• Chân kết nối: A0, D0, VCC, GND.
• Đầu ra số (Digital): mức logic 0, 1 (0 đối với đất ẩm và 1 với
đất khơ).
• Đầu ra tương tự (Analog): tín hiệu ADC giúp đọc được chính

xác độ ẩm của đất.
• Sai số: 5%.

Cảm biến độ ẩm đất


III. Thiết kế chi tiết
b. Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm mơi trường(DHT11):
• Điện áp hoạt động: 3.3V-5V
• Dải độ ẩm hoạt động: 20-90%RH
• Dải nhiệt độ hoạt động: 0-50ºC
• Sai số: ±5% RH đối với độ ẩm, ±2ºC với nhiệt độ.
c. Cảm biến ánh sáng:
• Điện áp hoạt động: 3.3V-5V.
• Chân kết nối: A0, D0, GND, VCC.

Cảm biến DHT11

• Tích hợp biến trở để cài đặt giá trị ngưỡng của độ sáng.
• Đầu ra số (Digital): mức logic 0 với điều kiện ánh sáng có cường độ
lớn hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng thiết lập, mức logic 1 với điều kiện
ánh sáng nhỏ hơn giá trị ngưỡng thiết lập.
• Đầu ra tương tự (Analog): tín hiệu ADC.
Cảm biến ánh sáng


d. Cảm biến khoảng cách
• Điện áp vào: 3.3-5V
• Tín hiệu đầu ra: xung HIGH(3.3-5V) và LOW(0V)
• Khoảng cách đo : 2cm – 450cm

• Độ chính xác : 0.5cm
• Góc cảm biến : nhỏ hơn 15 độ

3. Khối nguồn
• Nguồn đầu vào 12V được cấp bởi
adapter 12V-2A.
• Lưu ý: ESP8266 NodeMCU hoạt động là
5V nên cần hạ áp từ 12V xuống. sử dụng
IC ổn áp 7805
Cần lắp thêm đế tản nhiệt để tránh trường
hợp IC bị cháy do nhiệt sinh ra quá lớn.

Cảm biến khoảng cách

Nguồn adapter 12V-2A


Giá bán các loại linh kiện chính
•
•
•
•
•
•
•
•
•

ESP8266: 80K
DHT11: 24K

Cảm biến độ ẩm đất: 30K
Cảm biến ánh sáng: 8K
Cảm biến khoảng cách: 10K
Adapter 12V-2A: 40K
LCD 1602: 55K
Vi điều khiển: 90K
Máy bơm mini: 170K
Giá các sản phẩm trên tham khảo tại :Linh
kiện điện tử 3M:


III. Thiết kế chi tiết
Bảng tóm tắt các linh kiện chính dùng trong mạch



Phụ lục
Bảng phân chia công việc và kế hoạch:
 

Công việc
Lên ý tưởng đề tài

Sinh viên thực hiện
All

Thời gian
20/3-25/3

Tìm hiểu các mơ hình tương tự

All

26/3-31/3

Vẽ sơ đồ khối

Hồng Phượng, Phạm

Lựa chọn linh kiện
Vẽ sơ đồ nguyên lý

Triển khai phần cứng, test các tính năng
trên ESP8266.
Tìm hiểu về app Blynk, kết nối app Blynk
với ESP8266.
Mô phỏng, test mạch trên breadboard.
Thiết kế lại giao diện app Blynk, tạo server
local Blynk.
Hoàn thiện thiết kế mạch, đặt mạch in,
kiểm thử các tính năng.
Viết báo cáo, dựng slide, chuẩn bị trình
bày.

1/4 – 5/4
6/4-13/4

Phượng

14/4-20/4

Minh, Đức, Luận
All
Minh, Hồng Phượng, Luận
Đức, Phạm Phượng
All

 
 
21/4--….
No identify
No identify

No identify


Phụ lục
Bảng so sánh ESP32 và ESP8266:
 

Rõ ràng, ESP32 có nhiều ưu điểm vượt trội hơn ESP8266 rất nhiều. Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài, các
chức năng của ESP8266 là đủ thực hiện. Hơn nữa, lựa chọn ESP8266 vì giá bán rẻ hơn ESP32
(80K<160K) ))


Phụ lục
Tài liệu tham khảo:
Trại Nấm ứng dụng IoT (Internet of Things) - AgriConnect
 › nhà-trồng-nấm-tự-động-tuna
Giám sát tự động môi trường nhà nấm | Eplusi Technology

 › eplusi-giam-sat-tu-dong-moi-truong-...
Datasheet các linh kiện được tham khảo trên:
Electronic Parts DataSheet - Download Datasheets for Free.
/>(các trang web trên truy cập lần cuối vào ngày 10/5/2021)