Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông: Thiết kế mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau

Chia sẻ: Thành Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

285
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông: Thiết kế mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau được thực hiện với mục tiêu nhằm xây dựng được một hệ thống IoT trong nông nghiệp có khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, ổn định điều kiện môi trường. Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát - điều khiển trên một trang web. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông: Thiết kế mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Sinh viên: LÊ VÕ LÂM MSSV: 17141197 LÊ THÀNH NHÂN MSSV: 17141211 Hướng dẫn: PGS.TS. PHAN VĂN CA TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Sinh viên: LÊ VÕ LÂM MSSV: 17141197 LÊ THÀNH NHÂN MSSV: 17141211 Hướng dẫn: PGS.TS. PHAN VĂN CA TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2021
THÔNG TIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ và tên sinh viên: LÊ VÕ LÂM MSSV: 17141197 Email: 17141197@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0833270599 Họ và tên sinh viên: LÊ THÀNH NHÂN MSSV: 17141211 Email: 17141211@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0365592464 2. Thông tin đề tài - Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU. - Đơn vị quản lý: Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính – Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. - Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/03/2021 đến ngày 25/07/2021. - Thời gian bảo vệ: Ngày 05/08/2021. 3. Lời cam đoan của sinh viên “Chúng tôi – Lê Võ Lâm và Lê Thành Nhân xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp là công trình nghiên cứu của chúng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Văn Ca. Chúng tôi không sao chép từ bất kì một bài viết nào được công bố trước đó mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì sự vi phạm nào, chúng tôi xin cam đoan chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng … năm 2021 Sinh viên thực hiện đồ án (Ký và ghi rõ họ tên) Lê Võ Lâm Lê Thành Nhân Giảng viên hướng dẫn xác nhận quyền báo cáo đã được chỉnh sửa theo đề nghị được ghi trong biên bản của Hội đồng đánh giá Khóa luận tốt nghiệp. Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên và học hàm – học vị)
TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN KT MT-VT Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 03 năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Võ Lâm MSSV: 17141197 Lê Thành Nhân MSSV: 17141211 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử - truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2017 Lớp 17141VT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU. II. NHIỆM VỤ: 1. Các số liệu ban đầu - Tìm hiểu về các phương pháp, đặc điểm cây trồng ứng dụng trong mô hình nhà kính. - Tìm hiểu về Kit ESP 32S , Arduino mega 2560. - Tìm hiểu về Firebase, Web để điều khiển mô hình và hiển thị các thông số môi trường. 2. Nội dung thực hiện - Sử dụng bộ điều khiển Arduino Mega 2560, ESP 32 để điều khiển hoạt động của mô hình. - Liên kết giữa Web và phần cứng. - Thiết kế giao diện ứng dụng để hiển thị và điều khiển thiết bị thông qua internet. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Phan Văn Ca CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG
TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC BỘ MÔN KT MT-VT Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 03 năm 2021 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Võ Lâm MSSV: 17141197 Lê Thành Nhân MSSV: 17141211 Lớp: 17141 VTB ĐAMH: Đồ án tốt nghiệp Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU. Nội dung Xác nhận Tuần /ngày GVHD Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu Tuần 1 làm đồ án và chọn đề tài đồ án, viết lịch trình thực hiện đồ án, đề cương chi tiết đồ án. Chọn đề tài thực hiện KLTN(Thiết kế Tuần 2 mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau). Tìm hiểu tổng quan đề tài. Tuần 3 Nghiên cứu và chọn linh kiện sử dụng. Tuần 4 Tìm hiểu về Aduino mega 2560, ESP32, ESP32 Cam. Tuần 5 Thiết kế phần cứng. Tuần 6 Tìm hiểu về thiết bị Thiết kế tủ điện. Tuần 7 Thi công mạch.
Lắp đặt tủ điện. Tuần 8 Lập trình điều khiển( ). Kiểm tra và sửa lỗi cho chương trình. Tuần 9 Viết chương trình điều khiển( ). Kiểm tra lỗi của chương trình. Thiết kế Web. Tuần 10 Kết nối Web với ESP-32 và ESP32- CAM Tuần 11 Viết báo cáo chương 1 + 2. Tuần 12 Viết báo cáo chương 3 + 4. Tuần 13 Viết báo cáo chương 5 + 6. Hoàn thiện báo cáo và chỉnh sửa báo Tuần 14 cáo. Kiểm tra mạch thi công. Tuần 15 Làm slide báo cáo, nộp báo cáo và báo cáo đề tài KLTN. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) PGS.TS. Phan Văn Ca
BẢN NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Dùng cho giảng viên phản biện) Đề tài: Thiết kế mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau. Sinh viên thực hiện: 1. Lê Võ Lâm MSSV: 17141197 2. Lê Thành Nhân MSSV: 17141211 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Phan Văn Ca Nhận xét bao gồm các nội dung sau đây: 1. Tính hợp lý trong cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề; ý nghĩa khoa học và thực tiễn [15/100]: Đặt vấn đề rõ ràng, mục tiêu cụ thể [5]; đề tài có tính mới, cấp thiết [5]; đề tài có khả năng ứng dụng, tính sáng tạo [5]. ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 2. Phương pháp thực hiện/ phân tích/ thiết kế [25/100]: Phương pháp hợp lý và tin cậy dựa trên cơ sở lý thuyết [10]; có phân tích và đánh giá phù hợp [10]; có tính mới và tính sáng tạo [5]. ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 3. Kết quả thực hiện/ phân tích và đánh giá kết quả/ kiểm định thiết kế [25/100]: Phù hợp với mục tiêu [10]; phân tích và đánh giá / kiểm thử thiết kế hợp lý [10]; có tính sáng tạo/ kiểm định chặt chẽ và đảm bảo độ tin cậy [5]. ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 4. Kết luận và đề xuất [10/100]: Kết luận phù hợp với cách đặt vấn đề, đề xuất mang tính cải tiến và thực tiễn [5]; kết luận có đóng góp mới mẻ, đề xuất sáng tạo và thuyết phục [5]. ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 5. Hình thức trình bày, bố cục và chất lượng báo cáo [15/100]: Văn phong[10] nhất quán, bố cục hợp lý, cấu trúc rõ ràng, đúng định dạng mẫu [5]; có tính hấp dẫn, thể hiện năng lực tốt, văn bản trau chuốt . ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 6. Tài liệu trích dẫn [10/100]: Tính trung thực trong việc trích dẫn tài liệu tham khảo; tính phù hợp của các tài liệu trích dẫn; trích dẫn theo đúng chỉ dẫn APA. .........................................................................................................................
......................................................................................................................... 7. Đánh giá về sự trùng lặp của đề tài: Cần khẳng định đề tài có trùng lặp hay không? Nếu có, đề nghị ghi rõ mức độ, tên đề tài, nơi công bố, năm công bố của đề tài đã công bố. .................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 8. Những nhược điểm và thiếu sót, những điểm cần được bổ sung và chỉnh sửa* ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng* (ít nhất 02 câu) ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... Đánh giá chung - Điểm (Quy về thang điểm 10 không làm tròn): ......../10. - Xếp loại chung (Xuất sắc, Giỏi, Khá, Trung bình, Yếu, Kém):………........... Đề nghị của giảng viên phản biện Ghi rõ: “Báo cáo đạt/ không đạt yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp kỹ sư, và được phép/ không được phép bảo vệ khóa luận tốt nghiệp” ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... Tp. HCM, ngày … tháng....năm 20… Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU” chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS. Phan Văn Ca – Giảng viên khoa điện, điện tử đã trực tận tình giúp đỡ , tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành tốt đề tài. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Giảng viên khoa Điện – Điện tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM và các bạn cùng khoá đang thực hiện đề tài làm Đồ án tốt nghiệp đã hợp tác, giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án. Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót mong thầy cô và các bạn góp ý để nhóm có thể hoàn thành đồ án tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện đề tài Lê Võ Lâm Lê Thành Nhân
TÓM TẮT Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng đạt 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. Việt Nam chúng ta là đất nước phát triển mạnh về nông nghiệp tạo điều kiện cho ngành lương thực, thực phẩm phát triển. Tuy nhiên, hầu hết các quy trình chăm sóc cây trồng đều thủ công. Mặc khác điều kiện môi trường, sâu bệnh, thời tiết ảnh hưởng xấu đến cây trồng. Nhận thấy được tầm quan trọng của lương thực, thực phẩm nông nghiệp đặc biệt trong mùa dịch bệnh covid này, thực trạng thiếu lương thực đang ngày càng nghiêm trọng. Vì vậy đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU” đã được thực thi. Đề tài này cho phép người dùng có thể giám sát và điều khiển thiết bị từ xa thông qua internet, từ đó giúp tối đa hóa năng suất và chất lượng nông sản. Thông số môi trường được đo từ cảm biến sẽ được truyền lên Web giúp người dùng có thể dễ dàng giám sát tình hình cây trồng và điều khiển thiết bị. Không những vậy cây trồng sẽ có năng suất tốt hơn vì được trồng trong nhà kính tránh bị ảnh hưởng bởi môi trường.
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ III DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ V DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. VI CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ................................................................................ 2 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ....................................................................... 2 1.4 BỐ CỤC LUẬN VĂN .............................................................................. 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 4 2.1 MÔ HÌNH IOT ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP .................... 4 2.1.1 Điều kiện khí hậu................................................................................ 5 2.1.2 Canh tác chính xác.............................................................................. 5 2.1.3 Giám sát nhà kính. .............................................................................. 6 2.1.4 Phân tích dữ liệu ................................................................................. 6 2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG ỨNG DỤNG TRONG IOT ........... 7 2.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 Wifi – Wireless Fidelity .................................... 7 2.2.2 Chuẩn IEEE 802.15 Wireless PAN .................................................... 8 2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG ỨNG DỤNG IOT ....... 10 2.3.1 Chuẩn giao tiếp UART ..................................................................... 10 2.3.2 Chuẩn giao tiếp I2C .......................................................................... 12 2.4 GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH WEB .................................................. 13 2.4.1 Ngôn ngữ HTML .............................................................................. 13 2.5 CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE REALTIME DATABASE ................. 15 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ........................................ 17 3.1 YÊU CẦU TÍNH NĂNG SỬ DỤNG .................................................... 17 3.2 YÊU CẦU KỸ THUẬT ......................................................................... 17 3.2.1 Chức năng ......................................................................................... 17 3.2.2 Đặc tính ............................................................................................ 18 3.3 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ................................................ 18 3.3.1 Mô hình tổng thể hệ thống ............................................................... 18 3.4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .................................................................... 19 3.4.1 Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................... 19 3.4.2 Thiết kế chi tiết. ................................................................................ 20 3.4.3 Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 40 3.4.4 Phần mềm xử lý điều khiển .............................................................. 40 3.5 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ................................................................. 51
3.5.1 Giới thiệu về phần mềm lập trình web Sublime Text 3 ................... 51 3.5.2 Cài đặt Sublime Text 3 ..................................................................... 51 3.5.3 Một số package hỗ trợ thiết kế website ............................................ 52 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................... 54 4.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................... 54 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................................... 55 4.2.1 Thi công mạch in .............................................................................. 55 4.2.2 Thi công mô hình hoàn chỉnh ........................................................... 56 4.3 LỰA CHỌN LOẠI CÂY TRỒNG TRONG NHÀ KÍNH. ................. 58 4.3.1 Cà chua ............................................................................................. 58 4.3.2 Đậu Hà Lan....................................................................................... 59 4.3.3 Dâu tây.............................................................................................. 60 4.3.4 Hoa hồng .......................................................................................... 61 4.3.5 Một số loại cây khác ......................................................................... 62 4.4 KẾT QUẢ............................................................................................... 62 4.5 NHẬN XÉT ............................................................................................ 67 4.6 ĐÁNH GIÁ............................................................................................. 68 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................ 69 5.1 KẾT LUẬN ............................................................................................ 69 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 71
DANH MỤC HÌNH Hình 2. 1: Mô hình IoT ứng dụng trong nông nghiệp ........................................... 4 Hình 2. 2: Mô hình IoT nhà kính ........................................................................... 6 Hình 2. 3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ. ................................................. 10 Hình 2. 4: Khung truyền dữ liệu trong chế độ bất đồng bộ. ................................ 11 Hình 2. 5: Sơ đồ giao tiếp theo chuẩn I2C. ......................................................... 12 Hình 3. 1: Phác thảo mô hình tổng thể hệ thống ................................................. 18 Hình 3. 2: Sơ đồ khối của tổng thể hệ thống ....................................................... 19 Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí ............................ 21 Hình 3. 4: Cảm biến độ ẩm đất với vi xử lý ........................................................ 22 Hình 3. 5: Sơ đồ chân ACS712 ........................................................................... 23 Hình 3. 6: Kết nối cảm biến ánh sáng với vi xử lý .............................................. 23 Hình 3. 7: Sơ đồ kết nối MODULE thời gian thực DS3231 ............................... 24 Hình 3. 8: Động cơ bơm nước ............................................................................. 25 Hình 3. 9: Động cơ phun sương .......................................................................... 26 Hình 3. 10: Động cơ quạt .................................................................................... 27 Hình 3. 11: Động cơ kéo màng che nắng ............................................................ 28 Hình 3. 12: Led dây 2835 .................................................................................... 28 Hình 3. 13: Công tắc hành trình .......................................................................... 29 Hình 3. 14: Module relay 8 kênh ......................................................................... 30 Hình 3. 15: Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32-CAM .......................................... 30 Hình 3. 16: Bàn phím ma trận 4x4 ...................................................................... 32 Hình 3. 17: Sơ đồ khối vi điều khiển ATmega2560 ........................................... 34 Hình 3. 18: Kít RF Wifi Blutetooth NodeMCU 32S ........................................... 35 Hình 3. 19: Sơ đồ chân của NodeMCU-32S ...................................................... 36 Hình 3. 20: Màn hình hiển thị GCLD ................................................................. 38 Hình 3. 21: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống .................................................... 40 Hình 3. 22: Lưu đồ chương trình chính trên Arduino Mega ............................... 41 Hình 3. 23: Lưu đồ chương trình xử lý chuỗi và điều khiển trên Arduino ......... 43 Hình 3. 24: Lưu đồ lựa chọn chế độ tự động, thủ công bằng nút nhấn ............... 45 Hình 3. 25: Lưu đồ chương trình ở chế độ tự động. ........................................... 46 Hình 3. 26: Lưu đồ chương trình ở chế độ thủ công ........................................... 47 Hình 3. 27: Lưu đồ chương trình lựa chọn cây trồng.......................................... 48 Hình 3. 28: Lưu đồ chương trình gửi dữ liệu lên Firebase ................................. 49 Hình 3. 29: Lưu đồ chương trình ESP32............................................................. 50 Hình 3. 30: Giao diện Sublime Text 3 ................................................................ 51 Hình 3. 31: Thuộc tính của Clor Highlight ......................................................... 53 Hình 4. 1: Mạch in hệ thống ................................................................................ 55 Hình 4. 2: Bộ điều khiển...................................................................................... 56 Hình 4. 3: Hình ảnh bể chứa nước....................................................................... 57 Hình 4. 4: Hình ảnh bên ngoài tủ điện ................................................................ 57 Hình 4. 5: Mô hình hoàn chỉnh ............................................................................ 58 Hình 4. 6: cây cà chua được trồng trong nhà kính .............................................. 59 Hình 4. 7: Cây đậu Hà Lan được trồng trong nhà kính ....................................... 60 III
Hình 4. 8: Cây Dâu tây được trồng trong nhà kính ............................................. 61 Hình 4. 9: Cây hoa hồng được trồng trong nhà kính ........................................... 61 Hình 4. 10: Dữ liệu được gửi lên Firebase .......................................................... 63 Hình 4. 11: Giao diện đăng nhập ......................................................................... 63 Hình 4. 12: Thông số hiển thị trên web ............................................................... 64 Hình 4. 13: Hình ảnh giao diện hiển thị GLCD .................................................. 65 Hình 4. 14 : Hoạt động của toàn hệ thống ........................................................... 66 Hình 4. 15: Giao diện hiển thị camera ................................................................ 67 IV
DANH MỤC BẢNG Bảng 2. 1: So sánh một số thông số giữa Zigbee, Wifi và Bluetooth [2] .............. 9 Bảng 3. 1: Dòng điện tiêu thụ tại khối cảm biến và điều khiển .......................... 39 Bảng 4. 1: Danh sách các linh kiện được chọn và chức năng ............................. 54 V
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ADC Analog-to-Digital Converter BLE Bluetooth Low Energy MAC Medium Access Control NOS Network Operating System ZDO ZigBee Device Objects CAN Controller Area Network ZED Zigbee End Devide DAC Digital-to-Analog Converter PAN Personal Area Network FFD Full Function Device UWB Ultra-Wideband GPIO General Purpose Input Output GSM Global System for Mobile Communication PCI Peripheral Component Interconnect ISA Industry Standard Architecture SDK Software Development Kit IDE Integrated Development Environment IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IOT Internet Of Things I2C Inter-Integrated Circuit VI
I2S Inter-IC Sound ADC Analog Digital Converter JS Java Script LCD Liquid Crystal Display LTE Long Term Evolution A/D Analog / digital MCU Micro Controller Unit PWM Pulse Width Modulation QAM Quadrature Amplitude Modulation RAM Random Access Memory ROM Read-Only Memory RTC Real-Time Control SCL Serial Clock SDA Serial Data SPI Serial Peripheral Interface SRAM Static Random Access Memory DAC Digital Analog Converter UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter USB Universal Serial Bus WPA Wifi Protected Access WPS Wifi Protected Setup VII
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp. Trong nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể. Với công nghệ trồng cây trong nhà kính có sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài mong đợi như năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn có thể trồng những loại cây không phải là truyền thống của vùng miền. Nông nghiệp thông minh buộc người nông dân phải chăm sóc cây trồng một cách có kiểm soát và có ý thức hơn, dẫn đến việc trồng cây đơn thuần mà không cần đầu tư thêm. Làm thế nào để nó có thể? Lý do là vì nông dân buộc phải sử dụng thuốc trừ sâu hóa học để đảm bảo sản lượng tốt khi các yếu tố môi trường tác động xấu đối với cây trồng. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, thời tiết, yếu tố môi trường được giảm xuống tối thiểu ở nông nghiệp thông minh, do đó không có nhu cầu thực sự sử dụng các chất điều chỉnh tăng trưởng hóa học. Ở Việt Nam, việc trồng rau trong nhà kính đang phát triển nhanh chóng, đem lại lợi ích cao cho người nông dân. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư cao nên việc ứng dụng chỉ hạn chế trong các nông trang trại lớn có khả năng về kinh tế, hoặc chỉ điều khiển ở dạng bán tự động nên vẫn cần nhiều nhân công trong việc điều khiển vì hầu hết các trang thiết bị điều khiển đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành cao. Do đó cần phải có hướng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo những thiết bị này ngay ở trong nước để giảm chi phí, phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân và điều kiện môi trường ở Việt Nam. Nông nghiệp đã chứng kiến một số chuyển đổi công nghệ trong những thập kỷ qua và trở nên công nghiệp hóa hơn dựa trên công nghệ. Bằng cách sử dụng những tiện ích nông nghiệp thông minh khác nhau, người nông dân đã kiểm soát tốt hơn quá trình trồng trọt, giúp dễ dự đoán hơn và nâng cao hiệu quả. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TRỒNG RAU”. Ý tưởng của đề tài được dựa trên đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và thi công hệ thống IOT phục vụ cho nông nghiệp ứng dụng gateway” của anh Trần Quốc Tiến và Nguyễn Thanh Phong năm 2019 Sau quá trình thực hiện thì mạch có nhiều cải tiến sau:  Có khả năng phát hiện được thiết bị hư hỏng vào báo về website.  Sử dụng pin năng lượng mặt trời cung cấp điện cho hệ thống. 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 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, cường độ ánh sáng (thông qua các cảm biến), ổn định điều kiện môi trường (thông qua bơm nước, phun sương, đèn, quạt, màn che nắng). Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát - điều khiển trên một trang web. Đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:  Thiết kế mô hình hệ thống các vườn nhà kính có trong thực tế và cân chỉnh mô hình phù hợp.  Hệ thống thu thập được giá trị từ các cảm biến. Cụ thể là các thông số về độ ẩm đất, nhiệt độ, độ ẩm không khí, ánh sáng.  Sau đó, các giá trị được phân tích và so sánh với thông số yêu cầu trong nông nghiệp để thực hiện tự động tưới nước, phun sương, bật đèn, quạt, màn che nắng.  Hệ thống được lắp đặt camera trong nhà kính để giám sát từ xa.  Giám sát toàn bộ hệ thống thông qua web. 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN Đề tài được thực hiện với những nội dung sau:  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, tính năng của các module vi xử lý, các cảm biến có chức năng đo độ ẩm đất, nhiệt độ và độ ẩm không khí, cường độ ánh sáng, cảm biến đo dòng diện.  Nghiên cứu các ứng dụng và chức năng của giao thức các chuẩn kết nối truyền thông không dây và cơ sở dữ liệu firebase.  Thiết kế và thi công mô hình phần cứng của hệ thống. 2