Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ IoT

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

1.007
lượt xem 95
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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, quạt và phun sương). Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát – điều khiển trên một trang web thông qua WiFi và một ứng dụng Android. 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: Hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ IoT

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD : Ths Trần Thanh Mai SVTH : Võ Đình Khải MSSV : 13141137 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2018
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD : Ths Trần Thanh Mai SVTH : Võ Đình Khải MSSV : 13141137 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2018
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Quốc Thành MSSV: 13141312 Võ Đình Khải MSSV: 13141137 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Mô hình cần kiểm tra là hệ thống giám sát nông nghiệp có ứng dụng công nghệ IOT có đặc tính sau: - Kích thước :90 cm x 60cm x 50cm - Chất liệu : Sắt, mica. 2. Nội dung thực hiện: Nội dung 1: Tìm hiểu, lựa chọn cái giải pháp, linh kiện sử dụng để giải quyết yêu cầu đặt ra. Nội dung 2: Thiết kế, thi công mô hình hệ thống. Nội dung 3: Tính toán, thiết kế các khối chức năng của hệ thống. Nội dung 4: Vận hành thử nghiệm và hiệu chỉnh lỗi. Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 23/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS.GVC Trần Thanh Mai CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quốc Thành Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141312 Họ tên sinh viên 2: Võ Đình Khải Lớp: 13141DT3A MSSV: 13141137 Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT Tuần Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Gặp GVHD, nhận đề tài. Tuần 2 Viết đề cương. Tuần 3 Tìm hiểu các giải pháp cho đề tài. Tuần 4 Tiến hành thiết kế sơ đồ khối. Tuần 5 Tìm hiểu về Adruino Mega 2560. Tuần 6 Tìm hiểu về ESP8266 nodeMCU. Tìm hiểu về cảm biến ánh sáng và cảm biến độ Tuần 7 ẩm đất. Tìm hiểu về module cảm biến nhiệt độ độ ẩm đất Tuần 8 DHT11. Tuần 9 Tìm hiểu về mạch cầu H L298. Tuần 10 Tìm hiểu về LCD 16x2. Tuần 11 Thiết kế, thi công phần cứng. Tuần 12 Vẽ lưu đồ giải thuật và viết chương trình. Tuần 13 Chạy thử nghiệm, kiểm tra, hiệu chỉnh mô hình. Tuần 14 Viết báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là công trình nghiên cứu do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Võ Đình Khải Nguyễn Quốc Thành iv
LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Trần Thanh Mai _ Giảng viên bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh, đã tận tình giúp đỡ 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 Cô nên nhóm đã hoàn thành được đồ án. Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn Cô. Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, em đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ Thầy Cô và bạn bè. 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 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. Nhóm cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 13141DT đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn cha mẹ, anh chị những người đã luôn động viên và tạo những điều kiện tốt nhất trong cuộc sống, trong học tập cũng như trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài. Cảm ơn Sư Phạm Kỹ Thuật ! Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Võ Đình Khải Nguyễn Quốc Thành v
MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình ..................................................................................................................... iii Cam đoan .................................................................................................................... iv Lời cảm ơn .................................................................................................................... v Mục lục ........................................................................................................................ vi Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. ix Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................. xi Tóm tắt ....................................................................................................................... xii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 1 1.1 Đặt vấn đề............................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu.................................................................................................................. 2 1.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 2 1.4 Giới hạn .................................................................................................................. 2 1.5 Bố cục ..................................................................................................................... 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4 2.1 Ứng dụng của IOT trong nông nghiệp ................................................................... 4 2.1.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 4 2.1.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IOT ..................... 5 2.2 Các chuẩn truyền dữ liệu, chuẩn kết nối ................................................................ 6 2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................ 6 2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C..................................................................................... 8 2.2.3 Giao thức truyền dữ liệu bằng Bluetooth .................................................. 10 2.2.4 Giao thức MQTT ....................................................................................... 11 2.2.5 Logic Mờ ................................................................................................... 12 2.3 Giới thiệu phần cứng ............................................................................................ 12 2.3.1 Board Adruino Mega 2560 ........................................................................ 12 vi
2.3.2 LCD 16x2 .................................................................................................. 15 2.3.3 Module giao tiếp Wifi ESP8266 node MCU ............................................ 24 2.3.4 Mạch cầu H L298N ................................................................................... 26 2.3.5 Module LDC I2C ...................................................................................... 28 2.3.6 Module Bluetooth HC05 ........................................................................... 29 2.3.7 Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 ............................................ 30 2.3.8 Module cảm biến ánh sáng ........................................................................ 31 2.3.9 Module cảm biến độ ẩm đất ...................................................................... 32 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................. 34 3.1 Giới thiệu .............................................................................................................. 34 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống .............................................................................. 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống ............................................................... 34 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ......................................................................... 35 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................ 42 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................ 45 4.1 Giới thiệu. ............................................................................................................ 45 4.2 Thi công hệ thống ................................................................................................. 45 4.2.1 Thi công bo mạch ...................................................................................... 45 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .................................................................................... 48 4.3 Thi công mô hình ................................................................................................. 48 4.4 Lập trình hệ thống ................................................................................................ 51 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 51 4.2.2 Phần mềm lập trình ................................................................................... 54 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................... 68 5.1 Kết quả ................................................................................................................ 68 5.1.1 Nội dung .................................................................................................... 68 5.1.2 Kết quả nghiên cứu.................................................................................... 68 5.2 Nhận xét ............................................................................................................... 71 vii
5.3 Đánh giá ............................................................................................................... 71 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................. 72 6.1 Kết luận ................................................................................................................ 72 6.2 Hướng phát triển .................................................................................................. 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 74 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 75 viii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Minh hoa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp ............................................ 4 Hình 2.2: Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT................................................. 6 Hình 2.3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ............................................................. 6 Hình 2.4: Khung truyền dữ liệu trong chế độ bất đồng bộ ........................................... 7 Hình 2.5: Sơ đồ giao tiếp theo chuẩn I2C ..................................................................... 9 Hình 2.6: Board Adruino Mega 2560 ........................................................................... 13 Hình 2.7: Sơ đồ chân của ATmega2560 ....................................................................... 14 Hình 2.8: Hình dạng, sơ đồ chân của LCD 16x2 .......................................................... 16 Hình 2.9: Bảng mã kí tự LCD ....................................................................................... 19 Hình 2.10: Hình ảnh ESP8266 ngoài thực tế ................................................................ 25 Hình 2.11: Sơ đồ chân của ESP8266 ............................................................................ 25 Hình 2.12: Module L298N trong thực tế ...................................................................... 27 Hình 2.13: Hình ảnh Module LCD I2C ngoài thực tế .................................................. 29 Hình 2.14: Module Bluetooth HC05 ngoài thực tế ....................................................... 30 Hình 2.15: Hình ảnh DHT11 ngoài thực tế ................................................................. 31 Hình 2.16: Module cảm biến ánh sáng ngoài thực tế .................................................... 32 Hình 2.17: Module cảm biến độ ẩm đất ngoài thực tế .................................................. 33 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 34 Hình 3.2: Khối điều khiển ............................................................................................. 36 Hình 3.3: Khối hiển thị bằng LCD 16x2 ....................................................................... 38 Hình 3.4: Giao diện Web .............................................................................................. 39 Hình 3.5: Mạch nguồn cho board điều khiển ............................................................... 41 Hình 3.6: Sơ đồ khối của L298 ........................................................................................ 42 Hình 3.7: Thông số đầu vào của L298 ......................................................................... 42 Hình 3.8: Motor bơm nước 12VDC .............................................................................. 43 Hình 3.9: Đèn led tuýp 12VDC..................................................................................... 43 Hình 3.10: Quạt tản nhiệt 12VDC................................................................................. 43 Hình 3.11: Motor phun sương 12VDC ......................................................................... 43 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ......................................................................... 44 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của hệ thống. ......................................................................... 45 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí linh kiện của hệ thống ............................................................... 46 Hình 4.3: Sơ đồ mạch in của khối nguồn ...................................................................... 46 ix
Hình 4.4: Sơ đồ bố trí linh kiện của khối nguồn ........................................................... 47 Hình 4.5: Sơ đồ bố trí linh kiện của hệ thống ngoài thực tế ......................................... 48 Hình 4.6: Bộ điều khiển hệ thống ................................................................................. 49 Hình 4.7: Nguồn cung cấp ............................................................................................ 49 Hình 4.8: Mô hình thi công sau khi hoàn chỉnh ............................................................ 49 Hình 4.9: Mặt sau mô hình ............................................................................................ 50 Hình 4.10: LCD gắn trên cửa bộ điều khiển ................................................................ 51 Hình 4.11: Giao diện phần mềm lập trình Arduino ..................................................... 54 Hình 4.12: Download phần mềm Arduino ................................................................... 55 Hình 4.13: Giải nén file ................................................................................................ 55 Hình 4.14: Nhấn next để tiếp tục .................................................................................. 56 Hình 4.15: Xác nhận cài đặt ......................................................................................... 56 Hình 4.16: Cài thành công, nhấn finish để thoát ........................................................... 57 Hình 4.17: Các vùng cơ bản .......................................................................................... 57 Hình 4.18: Lựa chọn board Arduino phù hợp ............................................................... 58 Hình 4.19: Lựa chọn cổng COM ................................................................................... 59 Hình 4.20: Giao diện Visual Studio Code ..................................................................... 63 Hình 4.21: Địa chỉ http://ai2.appinventor.mit.edu yêu cầu đăng nhập bằng mail ........ 64 Hình 4.22: Tạo Project mong muốn ............................................................................. 64 Hình 4.23: Giao diện thiết kế ........................................................................................ 65 Hình 4.24: Lập trình chức năng .................................................................................... 66 Hình 4.25: Minh họa cho việc biên dịch ra file apk ...................................................... 66 Hình 4.26: Mã QR code ................................................................................................ 67 Hình 5.1: Giao diện điều khiển ..................................................................................... 69 Hình 5.2: Quy trình truyền dữ liệu cảm biến lên web ...................................................... 69 Hình 5.3: Quy trình truyền dữ liệu từ web đến các thiết bị ngoại vi ............................ 69 Hình 5.4: Giao diện của ứng dụng ...................................................................................... 70 Hình 5.5: Quy trình truyền dữ liệu cảm biến lên App trên điện thoại ............................ 70 Hình 5.6: Quy trình truyền dữ liệu từ App đến các thiết bị ngoại vi .............................. 70 x
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Thông số chính của board Arduino Mega 2560 ............................................. 13 Bảng 2.2: Chức năng các chân của LCD ....................................................................... 16 Bảng 2.3: Chức năng chân RS và R/W của LCD 16x2 .................................................. 18 Bảng 2.4: Tập lệnh của LCD.......................................................................................... 20 Bảng 2.5: Đặc tính điện của LCD .................................................................................. 23 Bảng 2.6: Đặc tính điện làm việc điển hình của LCD ................................................... 24 Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của ESP8266 ..................................................................... 26 Bảng 2.8: Sơ đồ nối dây động cơ bước với mạch cầu H L298N ................................... 28 Bảng 3.1: Chức năng chân của Module cảm biến độ ẩm đất ......................................... 37 Bảng 3.2: Chức năng chân của Module cảm biến ánh sáng .......................................... 38 Bảng 3.3: Chức năng chân của LCD 16x2 ..................................................................... 39 Bảng 3.4: Danh sách linh kiện với nguồn và dòng sử dụng tương ứng ......................... 40 Bảng 4.1: Danh sách linh kiện sử dụng.......................................................................... 47 xi
TÓM TẮT 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, nhóm quyết định chọn đề tài: “Hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ IOT”. Phương pháp thực hiện là dùng Adruino Mega 2560 xây dựng thành một khối điều khiển trung tâm, dùng các module cảm biến: ánh sáng, độ ẩm đất, nhiệt độ và độ ẩm không khí thu thập dữ liệu từ môi trường canh tác gửi về Adruino Mega 2560, từ đó so sánh với thông số đã cài đặt trước Adruino Mega 2560 sẽ điều khiển các thiết bị ngoại vi: máy bơm nước, máy phun sương, đèn, quạt tản nhiệt. Bên cạnh đó Adruino Mega 2560 sẽ gửi dữ liệu lên ứng dụng Android thông qua module HC- 05 điều khiển phạm vi gần và Web thông qua ESP8266 để điều khiển hệ thống từ xa. Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu phương thức giao tiếp giữa Adruino Mega 2560 với các cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí, ESP8266 Node MCU, HC-05. Mô hình nhỏ gọn, bố trí linh kiện hợp lí, dễ quan sát, sử dụng, đảm bảo tính an toàn và thẩm mỹ. xii
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. 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[1], lao động nông nghiệp chiếm tới 42% lao động trong toàn xã hội[2]. 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.[3] 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. 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 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 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 “ hệ thống giám sát nông nghiệp công nghệ IOT” 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. 1.2. 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, quạt và phun sương). Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát – điều khiển trên một trang web thông qua WiFi và một ứng dụng Android. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: Giao tiếp giữa Arduino với các cảm biến, điều khiển các thiết bị xoay chiều, hiển thị giá trị cảm biến và trạng thái các thiết bị xoay chiều lên LCD 16x2.  NỘI DUNG 2: Thiết kế website dựa trên nền tảng Node.js, HTML để thực hiện quá trình truyền – nhận dữ liệu cho hệ thống thông qua module thu – phát WiFi Esp8266 Node MCU.  NỘI DUNG 3: Thiết kế ứng dụng chạy trên điện thoại có hệ điều hành Android. Gửi giá trị của cảm biến và trạng thái các ngõ ra lên ứng dụng thông qua module Bluetooth HC05.  NỘI DUNG 4: Liên kết và đồng bộ hoá dữ liệu giữa ứng dụng và website.  NỘI DUNG 5: 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 6: Thiết kế – thi công mạch điều khiển.  NỘI DUNG 7: Thiết kế – thi công mô hình trồng rau trong nông nghiệp.  NỘI DUNG 8: Nhận xét – đánh giá kết quả thực hiện. Hoàn thiện mô hình.  NỘI DUNG 9:Hoàn thành luận văn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.4. GIỚI HẠN Đề tài HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT gồm:  Kích thước của Mô hình thi công Hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ IOT: dài 90cm, cao 50cm, rộng 40cm.  Sử dụng 3 module cảm biến : module cảm biến ánh sáng, 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 Adruino Mega 2560 đóng vai trò làm bộ điều khiển trung tâm.  Dữ liệu của ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm được hiện trên LCD 16x2. 1.5. BỐ CỤC  Chƣơng 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.  Chƣơng 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.  Chƣơng 3: Thiết Kế và Tính Tóan 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.  Chƣơng 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá 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.  Chƣơng 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển 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.  Chƣơng 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. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP 2.1.1 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 2.1 Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp. 2.1.2 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). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  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. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2 Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT 2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI 2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ có một đường phát dữ liệu và một đường nhận dữ liệu, không có tín hiệu xung clock nên gọi là bất đồng bộ. Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud … [2] Hình 2.3 Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ Giao tiếp UART chế độ bất đồng bộ sử dụng một dây kết nối cho mỗi chiều truyền dữ liệu do đó để quá trình truyền nhận dữ liệu thành công thì việc tuân thủ các tiêu chuẩn truyền là hết sức quan trọng. Sau đây là các khái niệm quan trọng trong chếđộ truyền thông này BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6