LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT
Ngành nông nghiệp ở Việt Nam giữ vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc gia. Tuy nhiên, ngành này đang phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, điều kiện thời tiết khắc nghiệt và năng suất lao động còn hạn chế. Việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật hiện đại vào nông nghiệp trở thành một nhu cầu cấp thiết, mở ra cơ hội nâng cao năng suất và phát triển nông nghiệp bền vững. Sự phát triển mạnh mẽ của IoT (Internet of Things) và khả năng giám sát dữ liệu từ xa thông qua các thiết bị kết nối Internet đã đem lại những thay đổi tích cực, tạo nên sự thuận tiện và hiện đại trong quản lý và vận hành các hệ thống nông nghiệp với quy mô lớn.
Đề tài này tập trung vào việc áp dụng các kiến thức về điện tử để thiết kế một hệ thống IoT giám sát môi trường và điều khiển thiết bị điện chăm sóc cho cây dâu tây nuôi trồng trong nhà kính. Hệ thống gồm một trạm truyền nhận dữ liệu (MCU) và hai Node giao tiếp với nhau thông qua công nghệ LoRa và một hệ thống giám sát trực tuyến (Webserver).
Hệ thống bao gốm các chức năng:
- Hai Node sẽ thực hiện thu thập các thông số môi trường thông qua các cảm
biến nhiệt độ, độ ẩm không khí và độ ẩm đất. Các Node sẽ điều khiển các thiết bị điện bằng nút nhấn, đồng thời có khả năng nhận tín hiệu điều khiển thiết bị từ Webserver.
- MCU có nhiệm vụ thu thập tất cả các thông số môi trường từ hai Node và gửi dữ liệu điều khiển đến hai Node. MCU cập nhật giá trị các thông số nhận được lên Webserver, đảm bảo dữ liệu được lưu trữ và hiển thị một cách trực quan cho người dùng.
- Chế độ hoạt động của hệ thống:
Chế độ thủ công: Người dùng có thể điều khiển các thiết bị thông qua
Website, mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong việc quản lý khu vườn từ xa.
iii
Chế độ tự động: Các thiết bị sẽ tự động hoạt động dựa trên các giới hạn thông số đã được cài đặt trên Website, giúp duy trì môi trường lý tưởng cho cây trồng mà không cần sự can thiệp liên tục từ người dùng.
Mô hình hệ thống IoT với hai Node và một MCU giao tiếp qua công nghệ Lora đã hoạt động ổn định, cho phép thu thập và truyền tải các thông số môi trường tại nơi có vật cản tín hiệu truyền ổn định từ dưới 300m.
iv
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................viii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. xi CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ xii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN.................................................................................. 1
1.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .............................................................................. 2 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ............................................................................... 2 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 2 1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................... 3 1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO .............................................................. 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT.......................................................................... 4 2.1.1 Định nghĩa ...................................................................................... 4 2.1.2 Ứng dụng ........................................................................................ 5 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY DÂU TÂY ....................................................... 5 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU......................... 7 2.3.1 Chuẩn truyền thông Wifi ................................................................ 7 2.3.2 Chuẩn truyền thông LoRa .............................................................. 9 2.3.3 Giao tiếp UART............................................................................ 11 2.3.4 Giao tiếp I2C ................................................................................. 12 2.3.5 Giao tiếp SPI................................................................................. 13 2.4 CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE REALTIME DATABASE................. 15 2.5 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH WEB ........................................................ 17
v
2.5.1 Tổng quan về HTML .................................................................... 17 2.5.2 Tổng quan về CSS ........................................................................ 18 2.5.3 Tổng quan về JavaScript .............................................................. 19
2.6 GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM PHỤC VỤ TRONG ĐỀ TÀI .. 21 2.6.1 Visual Studio Code ....................................................................... 21 2.6.2 Arduino IDE ................................................................................. 22
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................................. 24 3.1 YÊU CẦU NGƯỜI DÙNG ................................................................. 24 3.2 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC ..................................................................... 24
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................... 24
3.2.2 Chức năng của từng khối .............................................................. 25 3.3 THIẾT KẾ TỪNG KHỐI .................................................................... 26 3.3.1 Khối xử lý trung tâm .................................................................... 26 3.3.2 Khối thu phát RF LoRa ................................................................ 28 3.3.3 Khối thu thập dữ liệu .................................................................... 30 3.3.4 Khối thiết bị .................................................................................. 32 3.3.5 Khối hiển thị ................................................................................. 34 3.3.6 Khối nguồn ................................................................................... 35 3.4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ................................................................... 39 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ............................................................. 39 3.4.2 Thiết kế mạch PCB....................................................................... 41 3.5 LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH ............................................................. 42 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ................................................................ 48 4.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG ..................................................... 48 4.2 KẾT QUẢ THIẾT KẾ WEBSERVER................................................ 51
vi
4.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................. 56 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................... 59 5.1 KẾT LUẬN ......................................................................................... 59 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 61
vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Tổng quan về IoT (Internet of Things) ................................................... 4 Hình 2.2 Mô hình trồng dâu tây trong nhà kính..................................................... 6 Hình 2.3 Mô hình trồng dâu tây ngoài trời ............................................................ 7 Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của Wifi........................................................................ 8 Hình 2.5 Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay ........................................................ 9 Hình 2.6 Mô hình mạng LoRa ............................................................................. 10 Hình 2.7 Giao tiếp UART .................................................................................... 12 Hình 2.8 Giao tiếp I2C ......................................................................................... 13 Hình 2.9 Giao tiếp SPI ......................................................................................... 14 Hình 2.10 Logo Firebase...................................................................................... 15 Hình 2.11 Logo HTML ........................................................................................ 17 Hình 2.12 Logo CSS ............................................................................................ 18 Hình 2.13 Logo Java Script.................................................................................. 19 Hình 2.14 Logo Visual Studio Code .................................................................... 21 Hình 2.15 Logo Arduino IDE .............................................................................. 22 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................ 24 Hình 3.2 ESP32-WROOM-32 ............................................................................. 26 Hình 3.3 Arduino Nano V3.0 A Tmega328P ........................................................ 28 Hình 3.4 Module RF SX1278 Lora E32 433T20D 433Mhz 3000m ................... 29 Hình 3.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ........................................................ 30 Hình 3.6 Cảm biến độ ẩm đất điện dung.............................................................. 31 Hình 3.7 Bơm nước mini Dc ................................................................................ 32 Hình 3.8 Module 3 Relay 5V ............................................................................... 33
viii
Hình 3.9 Quạt DC 5v ........................................................................................... 34
Hình 3.10 Màn hình LCD TFT 2.0 inch .............................................................. 35
Hình 3.11 Pin sạc 18650 ...................................................................................... 36
Hình 3.12 Mạch tăng áp MT3608 ........................................................................ 37
Hình 3.13 Mạch sạc TP4056 ................................................................................ 37
Hình 3.14 Tấm pin năng lượng mặt trời .............................................................. 38
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tại MCU .................................................... 39
Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý tại Node .................................................................... 40
Hình 3.16 Lớp bottom mạch PCB của Node ....................................................... 41
Hình 3.17 Sơ đồ bố trí linh kiện chế độ 3D của Node ......................................... 41
Hình 3.18 Lưu đồ giải thuật tại MCU .................................................................. 42
Hình 3.19 Lưu đồ chương trình con chế độ thủ công .......................................... 44
Hình 3.20 Lưu đồ chương trình con chế độ tự động ............................................ 45
Hình 3.21 Lưu đồ giải thuật tại 2 Node ............................................................... 47
Hình 4.1 Hình ảnh bên trong MCU...................................................................... 48
Hình 4.2 Hình ảnh mặt trên MCU........................................................................ 48
Hình 4.3 Hình ảnh board của Node sau khi hoàn thành ...................................... 49
Hình 4.4 Mô hình sau khi hoàn thiện ................................................................... 49
Hình 4.5 Hình ảnh bên trong mô hình ................................................................ 50
Hình 4.6 Hình ảnh mặt bên của mô hình ............................................................. 50
Hình 4.7 Giao diện đăng nhập.............................................................................. 51
Hình 4.8 Giao diện đăng nhập thông báo khi người dùng đăng nhập sai thông tin
.............................................................................................................................. 52 Hình 4.9 Giao diện của trang Web sau khi đăng nhập thành công ...................... 52 Hình 4.10 Giao diện Web trong phần Điều khiển thiết bị ................................... 53
ix
Hình 4.11 Giao diện Web ở chế độ tự động......................................................... 54 Hình 4.12 Hệ thống thông báo xác nhận khi người dùng thay đổi giá trị ngưỡng
giới hạn................................................................................................................. 54 Hình 4.13 Giao diện thông tin của nhiệt độ vườn 1 ............................................. 55 Hình 4.14 Giao diện thông tin của độ ẩm không khí vườn 1 ............................... 55 Hình 4.15 Giao diện thông tin của độ ẩm đất vườn 1 .......................................... 56
x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Sơ đồ chân DHT11 ............................................................................... 30
Bảng 3.2 Sơ đồ chân Cảm biến độ ẩm đất ........................................................... 31 Bảng 3.3 Sơ đồ chân Relay .................................................................................. 33 Bảng 3.4 Thông số điện áp và dòng tiêu thụ của các linh kiện tại MCU ............ 35 Bảng 3.5 Thông số điện áp và dòng tiêu thụ của các linh kiện tại Node ............. 36 Bảng 4.1 Kết quả quá trình truyền nhận dữ liệu .................................................. 57 Bảng 4.2 Thống kế thời gian đáp ứng khi điều khiển thiết bị tại các Node......... 57
xi
Viết tắt IoT LoRa WiFi IEEE CSS UART CPU PC
I2C SDA SCL SPI SCLK MOSI MISO SS/CS JSON API HTML CSS PCB WFA GPIO USB BLE SRAM ROM
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Mô tả
Internet of Thing
Long Range
Wireless Fidelity
Institute for Electrical and Electronics Engineers Formazin Attenuation Units
Universal asynchronous receiver transmitter Central Processing Unit
Personal Computer
Inter-Integrated Circuit
Serial Data
Serial Clock
Serial Peripheral Interface
Serial Clock
Master Out Slave In
Master In Slave Out
Slave Select/Chip Select
JavaScript Object Notation
Application Programming Interface
HyperText Markup Language
Cascade Style Sheet
Printed Circuit Board
wifi Protected Access
General-Purpose Input/Output
Universal Serial Bus
Bluetooth Low Energy
Static Random Access Memory
Read-only Memory
xii
IC Integrated Circuit LCD LiquidiCrystaliDisplay TFT ThiniFilmiTransistor
xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển vượt bậc công nghệ 4.0, việc áp dụng những công nghệ kỹ thuật
vào đời sống ngày càng được phổ biến, rộng rãi đã mang lại nhiều lợi ích cho con người trong cuộc sống. Với sự phát triển mạnh mẽ này nhiều thiết bị máy móc hiện đại cũng như thiết bị thông minh được ra đời đã đóng góp quan trọng hầu hết trong mọi lĩnh vực hiện nay như: khoa học kỹ thuật,công nghiệp, nông nghiệp, quản lý,...
Việc ứng dụng hệ thống IoT vào nông nghiệp sẽ giúp người nông dân dễ dàng hơn trong việc quản lý, hiệu quả nâng suất sảnixuấtinônginghiệp tăng cao. Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan,... đã và đang ứng dụng, phát triển các hệ thống IoT cho nông nghiệp. Có hệ thống này giúp theo dõi và điều khiển hoạt động trong nông nghiệp và tự động hiệu quả. Ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả trong sản xuất nhu cầu ứng dụng IoT cho nông nghiệp ngày càng cần thiết. Nhiều doanh nghiệp lớn ở Việt Nam như: FPT, VinGroup, MISA,... đã cung cấp nhưng giải pháp IoT cho nông nghiệp như hệ thống tưới nước tự động, quản lý trang trạng thông minh, theo dõi thông số môi trường,... Tuy nhiên việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp vẫn còn gặp những khó khăn như: chi phí đầu tư cao, kết nối mạng ở nông thôn còn hạn chế, ...
Dâu tây là một loại cây trồng khá phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước châu Âu đối với nước ta dâu tây còn là loại cây có giá trị kinh tế cao so với các loại cây ăn quả khác. Đây là loại cây có giá trị kinh tế cao được trồng phổ biến ở các khu vực có khí hậu mát mẻ phù hợp với các tỉnh khu vực Nam Trung Bộ như Đà Lạt, Lâm Đồng. Cây dâu tây có thể được trồng ở nhiều loại mô hình khác nhau như: trong nhà kính, trong các giá thể khác nhau, trồng thủy canh... nhưng phải có sự giám sát về chế độ dinh dưỡng và các thông số môi trường ảnh hưởng đến điều kiện phát triển của dâu tây đem lại lợi ích kinh tế cao.
Nước ta chủ canh tác nông nghiệp theo kiểu truyền thống kém hiệu quả, tốn nhiều thời gian và công sức, sản xuất chủ yếu ở quy mô nhỏ. Bên cạnh đó, biến đổi diễn ra nhanh chóng ảnh hướng đến các yếu tố môi trường đã tác động xấu đến năng suất cây trồng đặc
1
biệt là cây dâu tây loại cây dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Để giúp giải quyết tình trạng trên người thực hiện đã chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG IOT ỨNG DỤNG TRONG CHĂM SÓC CÂY DÂU TÂY”. Việc thiết kế và triển khai hệ thống IoT trong chăm sóc cây dâu tây không chỉ mang lại cơ hội cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp mà còn góp phần giảm bớt áp lực mà biến đổi khí hậu đang đặt ra đối với ngành nông nghiệp của nước ta.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Xây dựng mô hình khu vườn có ứng dụng công nghệ IoT và LoRa giúp dễ dàng theo dõi thông số môi trường và điều khiển các thiết bị. Hệ thống khả năngithuithậpicácithông sốimôiitrườngithôngiquaicácicảmibiến như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất. Hệ thống cho phép kết nối nhiều khu vườn ở xa đáp ứng triển khai quy mô sản xuất lớn.
Thiết kế Webserver giúp ngườiidùngicóithểigiámisát các thôngisốimôiitrườngivà điều khiểnicácithiếtibị điện có trong khu vườn từ xa. Giao diện Web sẽ cũng cấp cho người dùng thông tin về thông số theo thời gian thực và cho phép điều khiển các thiết bị điện có tại vườn.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Sử dụng các module có sẵn đểithựcihiệniđề tài.
Chỉ sửidụng cây dâu tây được nuôi trồng trong nhà kính làm đối tượng nghiênicứuithực hiện đềitài.
Chỉ kết nối với 2 vườn khác nhau.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiênicứu, tìmihiểuicácihệithống IoT ứng dụng chăm sóc cây trồng.
Tìm hiểu về điều kiện sinhitrưởngicủa cây dâu tây, các yếu tố môiitrườngiảnhihưởng
đếniquáitrình sinh trưởng như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất. Thiết kế hệ thống giám sát môi trường, chăm sóc cây dâu tây.
2
1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, tìm hiểu về yêu cầu sinh trưởng của cây dâu, các
thức hoạt động của công nghệ LoRa, các nguyên lý hoạt động của phần cứng ESP32, module LoRa SX1278, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất... Tìm hiểu về cách lập trình Website giao diện người sử dụng và cơ sở dữ liệu.
Phạm vị: Nghiên cứu dựa trên những mô hình đã có sẵn, tích hợp và ứng dụng cho đề
tài.
1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Chươngi1: Tổngiquan
Trong chương nàyitrình bày về tổng quan, lýidoichọniđềitài, mục tiêu, các giới hạn của
đề tài và bố cục đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trongichươnginàyitrìnhibàyivềicácicơisởilý thuyết cóiliêniquaniđếnicácivấniđềimàiđề tại đã đặt ra thựcihiện cho việc thiết kế và thi công hệ thống.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Trong chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề bài của người thiết kế, tính toán lựa chọn linh kiện , xây dựng sơiđồikhối và thiếtikếisơiđồinguyên lý của hệ thống.
Chương 4: Kết quả thực hiện
Trong chương này thực hiện lắp ráp mô hình hệ thống và kết quả của thi công mô hình hệ thống, kết quả thiết kế Webserver.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày kết quả và hạn chế của hệ thống, đưa ra hướng phát triển c
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT
Ngành nông nghiệp ở Việt Nam giữ vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc gia. Tuy nhiên, ngành này đang phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, điều kiện thời tiết khắc nghiệt và năng suất lao động còn hạn chế. Việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật hiện đại vào nông nghiệp trở thành một nhu cầu cấp thiết, mở ra cơ hội nâng cao năng suất và phát triển nông nghiệp bền vững. Sự phát triển mạnh mẽ của IoT (Internet of Things) và khả năng giám sát dữ liệu từ xa thông qua các thiết bị kết nối Internet đã đem lại những thay đổi tích cực, tạo nên sự thuận tiện và hiện đại trong quản lý và vận hành các hệ thống nông nghiệp với quy mô lớn.
Đề tài này tập trung vào việc áp dụng các kiến thức về điện tử để thiết kế một hệ thống IoT giám sát môi trường và điều khiển thiết bị điện chăm sóc cho cây dâu tây nuôi trồng trong nhà kính. Hệ thống gồm một trạm truyền nhận dữ liệu (MCU) và hai Node giao tiếp với nhau thông qua công nghệ LoRa và một hệ thống giám sát trực tuyến (Webserver).
Hệ thống bao gốm các chức năng:
- Hai Node sẽ thực hiện thu thập các thông số môi trường thông qua các cảm
biến nhiệt độ, độ ẩm không khí và độ ẩm đất. Các Node sẽ điều khiển các thiết bị điện bằng nút nhấn, đồng thời có khả năng nhận tín hiệu điều khiển thiết bị từ Webserver.
- MCU có nhiệm vụ thu thập tất cả các thông số môi trường từ hai Node và gửi dữ liệu điều khiển đến hai Node. MCU cập nhật giá trị các thông số nhận được lên Webserver, đảm bảo dữ liệu được lưu trữ và hiển thị một cách trực quan cho người dùng.
- Chế độ hoạt động của hệ thống:
Chế độ thủ công: Người dùng có thể điều khiển các thiết bị thông qua
Website, mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong việc quản lý khu vườn từ xa.
iii
Chế độ tự động: Các thiết bị sẽ tự động hoạt động dựa trên các giới hạn thông số đã được cài đặt trên Website, giúp duy trì môi trường lý tưởng cho cây trồng mà không cần sự can thiệp liên tục từ người dùng.
Mô hình hệ thống IoT với hai Node và một MCU giao tiếp qua công nghệ Lora đã hoạt động ổn định, cho phép thu thập và truyền tải các thông số môi trường tại nơi có vật cản tín hiệu truyền ổn định từ dưới 300m.
iv
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................viii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. xi CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ xii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN.................................................................................. 1
1.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .............................................................................. 2 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ............................................................................... 2 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 2 1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................... 3 1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO .............................................................. 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT.......................................................................... 4 2.1.1 Định nghĩa ...................................................................................... 4 2.1.2 Ứng dụng ........................................................................................ 5 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY DÂU TÂY ....................................................... 5 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU......................... 7 2.3.1 Chuẩn truyền thông Wifi ................................................................ 7 2.3.2 Chuẩn truyền thông LoRa .............................................................. 9 2.3.3 Giao tiếp UART............................................................................ 11 2.3.4 Giao tiếp I2C ................................................................................. 12 2.3.5 Giao tiếp SPI................................................................................. 13 2.4 CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE REALTIME DATABASE................. 15 2.5 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH WEB ........................................................ 17
v
2.5.1 Tổng quan về HTML .................................................................... 17 2.5.2 Tổng quan về CSS ........................................................................ 18 2.5.3 Tổng quan về JavaScript .............................................................. 19
2.6 GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM PHỤC VỤ TRONG ĐỀ TÀI .. 21 2.6.1 Visual Studio Code ....................................................................... 21 2.6.2 Arduino IDE ................................................................................. 22
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................................. 24 3.1 YÊU CẦU NGƯỜI DÙNG ................................................................. 24 3.2 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC ..................................................................... 24
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................... 24
3.2.2 Chức năng của từng khối .............................................................. 25 3.3 THIẾT KẾ TỪNG KHỐI .................................................................... 26 3.3.1 Khối xử lý trung tâm .................................................................... 26 3.3.2 Khối thu phát RF LoRa ................................................................ 28 3.3.3 Khối thu thập dữ liệu .................................................................... 30 3.3.4 Khối thiết bị .................................................................................. 32 3.3.5 Khối hiển thị ................................................................................. 34 3.3.6 Khối nguồn ................................................................................... 35 3.4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ................................................................... 39 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ............................................................. 39 3.4.2 Thiết kế mạch PCB....................................................................... 41 3.5 LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH ............................................................. 42 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ................................................................ 48 4.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG ..................................................... 48 4.2 KẾT QUẢ THIẾT KẾ WEBSERVER................................................ 51
vi
4.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................. 56 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................... 59 5.1 KẾT LUẬN ......................................................................................... 59 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 61
vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Tổng quan về IoT (Internet of Things) ................................................... 4 Hình 2.2 Mô hình trồng dâu tây trong nhà kính..................................................... 6 Hình 2.3 Mô hình trồng dâu tây ngoài trời ............................................................ 7 Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của Wifi........................................................................ 8 Hình 2.5 Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay ........................................................ 9 Hình 2.6 Mô hình mạng LoRa ............................................................................. 10 Hình 2.7 Giao tiếp UART .................................................................................... 12 Hình 2.8 Giao tiếp I2C ......................................................................................... 13 Hình 2.9 Giao tiếp SPI ......................................................................................... 14 Hình 2.10 Logo Firebase...................................................................................... 15 Hình 2.11 Logo HTML ........................................................................................ 17 Hình 2.12 Logo CSS ............................................................................................ 18 Hình 2.13 Logo Java Script.................................................................................. 19 Hình 2.14 Logo Visual Studio Code .................................................................... 21 Hình 2.15 Logo Arduino IDE .............................................................................. 22 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................ 24 Hình 3.2 ESP32-WROOM-32 ............................................................................. 26 Hình 3.3 Arduino Nano V3.0 A Tmega328P ........................................................ 28 Hình 3.4 Module RF SX1278 Lora E32 433T20D 433Mhz 3000m ................... 29 Hình 3.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ........................................................ 30 Hình 3.6 Cảm biến độ ẩm đất điện dung.............................................................. 31 Hình 3.7 Bơm nước mini Dc ................................................................................ 32 Hình 3.8 Module 3 Relay 5V ............................................................................... 33
viii
Hình 3.9 Quạt DC 5v ........................................................................................... 34
Hình 3.10 Màn hình LCD TFT 2.0 inch .............................................................. 35
Hình 3.11 Pin sạc 18650 ...................................................................................... 36
Hình 3.12 Mạch tăng áp MT3608 ........................................................................ 37
Hình 3.13 Mạch sạc TP4056 ................................................................................ 37
Hình 3.14 Tấm pin năng lượng mặt trời .............................................................. 38
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tại MCU .................................................... 39
Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý tại Node .................................................................... 40
Hình 3.16 Lớp bottom mạch PCB của Node ....................................................... 41
Hình 3.17 Sơ đồ bố trí linh kiện chế độ 3D của Node ......................................... 41
Hình 3.18 Lưu đồ giải thuật tại MCU .................................................................. 42
Hình 3.19 Lưu đồ chương trình con chế độ thủ công .......................................... 44
Hình 3.20 Lưu đồ chương trình con chế độ tự động ............................................ 45
Hình 3.21 Lưu đồ giải thuật tại 2 Node ............................................................... 47
Hình 4.1 Hình ảnh bên trong MCU...................................................................... 48
Hình 4.2 Hình ảnh mặt trên MCU........................................................................ 48
Hình 4.3 Hình ảnh board của Node sau khi hoàn thành ...................................... 49
Hình 4.4 Mô hình sau khi hoàn thiện ................................................................... 49
Hình 4.5 Hình ảnh bên trong mô hình ................................................................ 50
Hình 4.6 Hình ảnh mặt bên của mô hình ............................................................. 50
Hình 4.7 Giao diện đăng nhập.............................................................................. 51
Hình 4.8 Giao diện đăng nhập thông báo khi người dùng đăng nhập sai thông tin
.............................................................................................................................. 52 Hình 4.9 Giao diện của trang Web sau khi đăng nhập thành công ...................... 52 Hình 4.10 Giao diện Web trong phần Điều khiển thiết bị ................................... 53
ix
Hình 4.11 Giao diện Web ở chế độ tự động......................................................... 54 Hình 4.12 Hệ thống thông báo xác nhận khi người dùng thay đổi giá trị ngưỡng
giới hạn................................................................................................................. 54 Hình 4.13 Giao diện thông tin của nhiệt độ vườn 1 ............................................. 55 Hình 4.14 Giao diện thông tin của độ ẩm không khí vườn 1 ............................... 55 Hình 4.15 Giao diện thông tin của độ ẩm đất vườn 1 .......................................... 56
x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Sơ đồ chân DHT11 ............................................................................... 30
Bảng 3.2 Sơ đồ chân Cảm biến độ ẩm đất ........................................................... 31 Bảng 3.3 Sơ đồ chân Relay .................................................................................. 33 Bảng 3.4 Thông số điện áp và dòng tiêu thụ của các linh kiện tại MCU ............ 35 Bảng 3.5 Thông số điện áp và dòng tiêu thụ của các linh kiện tại Node ............. 36 Bảng 4.1 Kết quả quá trình truyền nhận dữ liệu .................................................. 57 Bảng 4.2 Thống kế thời gian đáp ứng khi điều khiển thiết bị tại các Node......... 57
xi
Viết tắt IoT LoRa WiFi IEEE CSS UART CPU PC
I2C SDA SCL SPI SCLK MOSI MISO SS/CS JSON API HTML CSS PCB WFA GPIO USB BLE SRAM ROM
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Mô tả
Internet of Thing
Long Range
Wireless Fidelity
Institute for Electrical and Electronics Engineers Formazin Attenuation Units
Universal asynchronous receiver transmitter Central Processing Unit
Personal Computer
Inter-Integrated Circuit
Serial Data
Serial Clock
Serial Peripheral Interface
Serial Clock
Master Out Slave In
Master In Slave Out
Slave Select/Chip Select
JavaScript Object Notation
Application Programming Interface
HyperText Markup Language
Cascade Style Sheet
Printed Circuit Board
wifi Protected Access
General-Purpose Input/Output
Universal Serial Bus
Bluetooth Low Energy
Static Random Access Memory
Read-only Memory
xii
IC Integrated Circuit LCD LiquidiCrystaliDisplay TFT ThiniFilmiTransistor
xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển vượt bậc công nghệ 4.0, việc áp dụng những công nghệ kỹ thuật
vào đời sống ngày càng được phổ biến, rộng rãi đã mang lại nhiều lợi ích cho con người trong cuộc sống. Với sự phát triển mạnh mẽ này nhiều thiết bị máy móc hiện đại cũng như thiết bị thông minh được ra đời đã đóng góp quan trọng hầu hết trong mọi lĩnh vực hiện nay như: khoa học kỹ thuật,công nghiệp, nông nghiệp, quản lý,...
Việc ứng dụng hệ thống IoT vào nông nghiệp sẽ giúp người nông dân dễ dàng hơn trong việc quản lý, hiệu quả nâng suất sảnixuấtinônginghiệp tăng cao. Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan,... đã và đang ứng dụng, phát triển các hệ thống IoT cho nông nghiệp. Có hệ thống này giúp theo dõi và điều khiển hoạt động trong nông nghiệp và tự động hiệu quả. Ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả trong sản xuất nhu cầu ứng dụng IoT cho nông nghiệp ngày càng cần thiết. Nhiều doanh nghiệp lớn ở Việt Nam như: FPT, VinGroup, MISA,... đã cung cấp nhưng giải pháp IoT cho nông nghiệp như hệ thống tưới nước tự động, quản lý trang trạng thông minh, theo dõi thông số môi trường,... Tuy nhiên việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp vẫn còn gặp những khó khăn như: chi phí đầu tư cao, kết nối mạng ở nông thôn còn hạn chế, ...
Dâu tây là một loại cây trồng khá phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước châu Âu đối với nước ta dâu tây còn là loại cây có giá trị kinh tế cao so với các loại cây ăn quả khác. Đây là loại cây có giá trị kinh tế cao được trồng phổ biến ở các khu vực có khí hậu mát mẻ phù hợp với các tỉnh khu vực Nam Trung Bộ như Đà Lạt, Lâm Đồng. Cây dâu tây có thể được trồng ở nhiều loại mô hình khác nhau như: trong nhà kính, trong các giá thể khác nhau, trồng thủy canh... nhưng phải có sự giám sát về chế độ dinh dưỡng và các thông số môi trường ảnh hưởng đến điều kiện phát triển của dâu tây đem lại lợi ích kinh tế cao.
Nước ta chủ canh tác nông nghiệp theo kiểu truyền thống kém hiệu quả, tốn nhiều thời gian và công sức, sản xuất chủ yếu ở quy mô nhỏ. Bên cạnh đó, biến đổi diễn ra nhanh chóng ảnh hướng đến các yếu tố môi trường đã tác động xấu đến năng suất cây trồng đặc
1
biệt là cây dâu tây loại cây dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Để giúp giải quyết tình trạng trên người thực hiện đã chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG IOT ỨNG DỤNG TRONG CHĂM SÓC CÂY DÂU TÂY”. Việc thiết kế và triển khai hệ thống IoT trong chăm sóc cây dâu tây không chỉ mang lại cơ hội cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp mà còn góp phần giảm bớt áp lực mà biến đổi khí hậu đang đặt ra đối với ngành nông nghiệp của nước ta.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Xây dựng mô hình khu vườn có ứng dụng công nghệ IoT và LoRa giúp dễ dàng theo dõi thông số môi trường và điều khiển các thiết bị. Hệ thống khả năngithuithậpicácithông sốimôiitrườngithôngiquaicácicảmibiến như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất. Hệ thống cho phép kết nối nhiều khu vườn ở xa đáp ứng triển khai quy mô sản xuất lớn.
Thiết kế Webserver giúp ngườiidùngicóithểigiámisát các thôngisốimôiitrườngivà điều khiểnicácithiếtibị điện có trong khu vườn từ xa. Giao diện Web sẽ cũng cấp cho người dùng thông tin về thông số theo thời gian thực và cho phép điều khiển các thiết bị điện có tại vườn.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Sử dụng các module có sẵn đểithựcihiệniđề tài.
Chỉ sửidụng cây dâu tây được nuôi trồng trong nhà kính làm đối tượng nghiênicứuithực hiện đềitài.
Chỉ kết nối với 2 vườn khác nhau.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiênicứu, tìmihiểuicácihệithống IoT ứng dụng chăm sóc cây trồng.
Tìm hiểu về điều kiện sinhitrưởngicủa cây dâu tây, các yếu tố môiitrườngiảnhihưởng
đếniquáitrình sinh trưởng như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất. Thiết kế hệ thống giám sát môi trường, chăm sóc cây dâu tây.
2
1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, tìm hiểu về yêu cầu sinh trưởng của cây dâu, các
thức hoạt động của công nghệ LoRa, các nguyên lý hoạt động của phần cứng ESP32, module LoRa SX1278, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất... Tìm hiểu về cách lập trình Website giao diện người sử dụng và cơ sở dữ liệu.
Phạm vị: Nghiên cứu dựa trên những mô hình đã có sẵn, tích hợp và ứng dụng cho đề
tài.
1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Chươngi1: Tổngiquan
Trong chương nàyitrình bày về tổng quan, lýidoichọniđềitài, mục tiêu, các giới hạn của
đề tài và bố cục đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trongichươnginàyitrìnhibàyivềicácicơisởilý thuyết cóiliêniquaniđếnicácivấniđềimàiđề tại đã đặt ra thựcihiện cho việc thiết kế và thi công hệ thống.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Trong chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề bài của người thiết kế, tính toán lựa chọn linh kiện , xây dựng sơiđồikhối và thiếtikếisơiđồinguyên lý của hệ thống.
Chương 4: Kết quả thực hiện
Trong chương này thực hiện lắp ráp mô hình hệ thống và kết quả của thi công mô hình hệ thống, kết quả thiết kế Webserver.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày kết quả và hạn chế của hệ thống, đưa ra hướng phát triển c
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links