Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, trên thế giới công nghệ thông tin và điện tử ngày càng phát triển, đời sống của con người ngày càng được hoàn thiện. Các thiết bị tự động hóa, điều khiển từ xa ngày càng được tạo ra nhiều và ứng dụng vào cuộc sống hằng ngày của con người. Do đó, nông nghiệp thông minh không còn là mơ ước của con người và nó đang dần trở thành hiện thực.
LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, giới công nghệ thông tin điện tử ngày phát triển, đời sống người ngày hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa, điều khiển từ xa ngày tạo nhiều ứng dụng vào sống ngày người Do đó, nông nghiệp thông minh không mơ ước người dần trở thành thực Có thể nói, nước ta nước phát triển nông nghiệp lựa chọn hàng đầu Sự canh tác nông nghiệp xưa nước ta thực cách hoàn toàn thủ công làm tốn nhiều sức lực chí tiền bạc kết chưa cao Với phát triển công nghệ thông tin chung đặc biệt IoT nói riêng ngành nông nghiệp tương lai có thay đổi lớn nhờ áp dụng công nghệ vào sản xuất Nó giúp hoạt động trở nên tự động hóa hơn, người phải bỏ công sức chăm sóc đạt thành cao sản xuất Chính vậy, chọn đề tài “Tìm hiểu ứng dụng IoT nông nghiệp thông minh” nhằm mong người tiếp cận sử dụng rộng rãi nước ta I MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, phát triển khoa học công nghệ nói chung mà công nghệ thông tin nói riêng góp phần không nhỏ thay đổi phát triển sống người Chiếc máy vi tính ngày có nhiều chức mạnh mẽ giúp ích người thực thi công việc nhiều lĩnh vực khoa học, sản xuất công nghiệp hay lĩnh vực xã hội khác kinh tế, trị, văn hóa Không máy tính, phát triển chóng mặt thiết bị di động cầm tay tác động không nhỏ đến đời sống người Những Smartphone nhỏ gọn, thông minh không giúp người liên lạc với dễ dàng hơn, mà cung cấp nhiều tính hữu ích khác ứng dụng văn phòng, giải trí, khả kết nối mạng để tìm hiểu thông tin Với tính mạnh mẽ cộng với giá thành vừa phải khiến thiết bị trở nên phổ biến vật bất ly thân nhiều người Trước khoa học kỹ thuật chưa phát triển, chưa ứng dụng vào nông nghiệp, người dân phải giám sát điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm đất vườn thủ công dùng nhiệt kế làm thời gian, sức lực kinh phí người dân Cùng với diện tích trồng trọt ta ngày lớn phát triển kèm với công nghệ kĩ thuật cần phát triển theo để đáp ứng nhu cầu người nông dân, người nông dân thường tiếp xúc với công nghệ Hiện rau vấn đề người đặt lên hàng đầu, người mong muốn có nguồn rau sạch, an toàn để bào vệ sức khỏe cho gia đình Xuất phát từ nhu cầu thực tế sinh viên năm cuối với kiến thức học mong muốn tạo hệ thống tự động áp dụng nông nghiệp nên chọn đề tài “Tìm hiểu ứng dụng IoT nông nghiệp thông minh” để người nông dân dễ dàng quản lí khu vực trồng trọt cách dễ dàng nhất, đạt hiệu đáng kể, giúp cho người dân biết trạng thái môi trường trồng trọt để kịp thời xử lý, giảm thiểu rủi ro tăng suất trồng trọt 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống mạng cảm biến không dây để: − Giám sát nhiệt độ vườn rau − Giám sát độ ẩm vườn rau − Tự động bật/tắt đèn theo chu kì ngày đêm hoàn toàn tự động − Đưa cảnh báo hướng xử lý điều kiện môi trường vượt mức cho phép − Thiết lập chế độ điều khiển tùy chọn để người dùng dễ dàng thiết lập yếu tố điều kiện cảnh báo phù hợp với loại thủy sản − Điều khiển thiết bị máy bơm, ánh sáng thông qua smartphone đâu có kết nối mạng 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Áp dụng IoT vào mô hình nông nghiệp thông minh 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi đề tài: − Nghiên cứu Internet of Things − Nghiên cứu lập trình thiết bị cảm biến, mạch điều khiển thu nhận phát tín hiệu trung tâm xử lý, điều khiển tự động hóa − Xây dựng ứng dụng quản lý thông tin thông số kỹ thuật nông nghiệp thông minh môi trường internet Giới hạn đề tài Đề tài xây dựng hệ thống IoT để thu tập thông tin vườn để đưa cảnh báo điều khiển số thiết bị tự động qua môi trường Internet, đề tài không tính đến độ bền thiết bị cảm biến, giới hạn kinh phí nên đề tài sử dụng thiết bị cảm biến board điều khiển rẻ tiền nên dễ hỏng 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Ngày với phát triển Internet công nghệ mạng cảm biến, IoT lĩnh vực nước ta quan tâm có nhiều đầu tư để ứng dụng vào thực tiễn Chính vậy, đề tài có ý nghĩa khoa học lớn, kết đề tài góp phần xây dựng hệ thống nông nghiệp thông minh, mang lại nhiều lợi ích kinh tế 1.6 BỐ CỤC BÁO CÁO Báo cáo bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan IoT Trong chương trình bày định nghĩa, khái niệm lịch sử phát triển IoT Bên cạnh đó, trình bày thành phần IoT lĩnh vực ứng dụng IoT Việt Nam Chương 2: Ứng dụng IoT nông nghiệp thông minh Trong chương trình bày giới thiệu nông nghiệp thông minh gì? Thực trạng ứng dụng IoT khó khăn, thuận lợi việc ứng dụng nông nghiệp thông minh Việt Nam Chương 3: Thiết kế hệ thống IoT cho trang trại trồng rau Trong chương trình bày việc phân tích, thiết kế hệ thống triển khai hệ thống IoT nông nghiệp thông minh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ IOT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ IOT (INTERNET OF THINGS) Trong khoảng năm trở lại đây, hẳn bạn đọc không lần nghe thoáng qua khái niệm Internet of Things, hay bắt gặp tin tức sản phẩm quảng cáo phục vụ cho nhu cầu “smart home” (nhà thông minh) Trong đó, thiết bị gia dụng lò nướng hay tủ lạnh "nói chuyện" với Nhưng chúng kết nối với nào, liệu xu hướng có thực bùng nổ, đưa đến giới tương lai game hay phim ảnh? Trong bối cảnh mà hàng ngày nhiều chủng loại thiết bị gán mác “smart” thi “lên mây” nay, không thừa trang bị cho kiến thức Internet of Things Khái niệm IoT mô hình mạng lưới vật thể đặt tên, cho vật thể có tên không trùng với vật thể khác, kết nối trao đổi thông tin với tương tự máy tính mạng lưới Internet Các vật thể vật dụng có phận điện tử đời sống (tivi, tủ lạnh, máy giặt, đèn chiếu sáng, chuông báo động, ô tô, ) thiết bị chuyên dụng nghiên cứu khoa học, y tế, quân sự, IoT cách thực Ubiquitous Computing (tạm dịch Tính toán Khắp nơi) máy tính thay đổi để hòa nhập với môi trường sống tự nhiên người thay người phải nhập vào giới máy móc phát triển tương tác người máy tính sau thời kỳ sử dụng máy tính để bàn "Thing" - vật - Internet of Things, người với hình cấy ghép tim, động vật trang trại với tiếp sóng chip sinh học, xe ô tô tích hợp cảm biến để cảnh báo lái xe lốp non – đồ vật tự nhiên sinh người sản xuất mà gán với địa IP cung cấp khả truyền tải liệu qua mạng lưới Gần đây, Internet of Things liên kết chặt chẽ với giao tiếp máy mócvới-máy móc (machine-to-machine - M2M) sản xuất sở lượng, dầu khí, điện Các sản phẩm có khả giao tiếp M2M thường xem sản phẩm thông minh 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA IOT Thời kì trước, khái niệm nhà thông minh với khả điều khiển từ xa, điều khiển nút bấm xuất phim ảnh Ngày nay, với vững mạnh khoa học kỹ thuật ứng dụng côn nghệ, nhà thông minh không xa vời Hãy tìm hiểu lịch sử IoT qua giai đoạn Năm 1990, John Romkey tạo máy nướng bánh mì bật tắt Internet cho hội nghị INTEROP tháng 10 năm 1989 coi thiết bị IoT Dan Lynch, Chủ tịch Interop hứa với Romkey rằng, Romkey "nướng bánh mỳ mạng", máy đặt nhà triển lãm hội nghị Máy nướng bánh mỳ kết nối với máy tính có kết nối mạng TCP / IP Sau sử dụng sở thông tin (SNMP MIB) để bật nguồn Năm 1993, Quentin Stafford-Fraser Paul Jardetzky tạo phòng Cây trồng đặt “Phòng Trojan” Phòng Thí nghiệm Máy tính Đại học Cambridge sử dụng để theo dõi nối với hình ảnh cập nhật khoảng phút Và gửi đến máy chủ tòa nhà Sau gửi lên trình duyệt để hiển thị hình ảnh Năm 1999 năm quan trọng IoT, năm khái niệm IoT (Internet of Things) đặt Kevin Ashton (một người sáng lập Trung tâm Auto ID ban đầu) xem điều kiện tiên cho IoT thời điểm Hình 1.1: Kevin Ashton Năm 2008, IoT công nhận EU hội nghị IoT châu Âu lần tổ chức Trong khoảng từ năm 2008-2009, IoT đời theo nhóm giải pháp kinh doanh Cisco Năm 2011, đời hệ địa - IPv6 - có tổng số địa 2128 Vào năm 2013, Internet of Things phát triển thành hệ thống sử dụng nhiều công nghệ, từ Internet đến truyền thông không dây từ hệ thống điện vi mô (MEMS) sang hệ thống nhúng Các lĩnh vực truyền thống tự động hóa (bao gồm tự động hóa tòa nhà gia đình), mạng cảm biến không dây, GPS, hệ thống điều khiển, thiết bị khác hỗ trợ IoT 1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA INTERNET OF THINGS Hình 1.2: Các thành phần Internet of Things Thành phần IoT chia thành phần: Vạn vật (Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng điện toán đám mây (Network and Cloud) lớp tạo cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers) 1.3.1 Vạn vật (Things) Ngày có hàng tỷ vật dụng hữu thị trường gia dụng công nghệ, nhà tay người dùng Chẳng hạn xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo điện thoại di động kết nối trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây truy cập vào Internet Giải pháp IoT giúp thiết bị thông minh sàng lọc, kết nối quản lý liệu cách cục bộ, thiết bị chưa thông minh kết nối thông qua trạm kết nối 1.3.2 Trạm kết nối (Gateways) Một rào cản triển khai IoT gần 85% vật dụng không thiết kế để kết nối với Internet chia sẻ liệu với điện toán đám mây Để khắc phục vấn đề này, trạm kết nối đóng vai trò trung gian trực tiếp, cho phép vật dụng có sẵn kết nối với điện toán đám mây cách bảo mật dễ dàng quản lý 1.3.3 Hạ tầng mạng điện toán đám mây (Network and Cloud) 1.3.3.1 Hạ tầng mạng Internet hệ thống toàn cầu nhiều mạng IP kết nối với liên kết với hệ thống máy tính Cơ sở hạ tầng mạng bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp nhiều thiết bị khác kiểm soát lưu lượng liệu lưu thông kết nối đến mạng lưới viễn thông cáp - triển khai nhà cung cấp dịch vụ 1.3.3.1 Điện toán đám mây Các trung tâm liệu hạ tầng điện toán đám mây bao gồm hệ thống lớn máy chủ, hệ thống lưu trữ mạng ảo hóa kết nối 1.3.4 Các lớp tạo cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers) Intel kết hợp phần mềm quản lý API hàng đầu (Application Progmraming Interface) Mashery* Aepona* để giúp đưa sản phẩm giải pháp IoT thị trường cách chóng tận dụng hết giá trị việc phân tích liệu từ hệ thống tài sản có sẵn 1.4 VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG IOT IoT coi giai đoạn phát triển Internet, mở cách mạng việc giao tiếp người - đồ vật đồ vật với Tuy nhiên, để khai thác tiềm lớn mà IoT mang lại, nhiều vấn đề cần phải giải quyết, có vấn đề bảo mật cho thiết bị hệ thống IoT Sau vấn đề bảo mật phổ biến 1.4.1 Giao diện web bảo mật Giao diện web bảo mật dẫn tới việc liệu bị mất, bị sửa đổi nội dung, gây tình trạng từ chối truy nhập dịch vụ hay chí thiết bị bị chiếm quyền điều khiển hoàn toàn 1.4.2 Cơ chế xác thực chưa đảm bảo an toàn Nếu chế xác thực không đủ an toàn, kẻ công khai thác để truy cập trái phép tài khoản người dùng ăn cắp liệu nhạy cảm Kẻ công sử dụng mật bảo mật chế phục hồi mật bảo mật, chứng thư bảo vệ yếu việc thiếu quyền điều khiển truy nhập chi tiết để truy nhập vào giao diện cụ thể Lỗ hổng làm mất, sai lệch liệu, từ chối truy nhập dịch vụ chí dẫn tới việc chiếm quyền thiết bị hoàn toàn 1.4.3 Các dịch vụ mạng không an toàn Kẻ công sử dụng dịch vụ mạng dễ bị công để công vào thiết bị Lỗ hổng làm tràn nhớ đệm, gây tình trạng từ chối dịch vụ, khiến người dùng truy cập vào thiết bị Dạng công dẫn tới việc làm liệu, thay đổi nội dung liệu tạo điều kiện thuận lợi cho việc công vào thiết bị khác 1.4.4 Thiếu chế mã hoá truyền tin Nếu liệu cảnh không mã hóa cách, kẻ công tận dụng lợi để ăn cắp liệu nhạy cảm.Thông thường, lưu lượng mạng thiết bị IOT không tiếp xúc với bên mạng Nhưng, mạng không dây không cấu hình cách, làm cho người mạng internet nhìn thấy phạm vi mạng không dây Và, dẫn đến thỏa hiệp hoàn thành thiết bị tài khoản người dùng 1.4.5 Nếu cấu hình an ninh không đủ Lỗ hổng tồn thiết bị hạn chế khả làm thay đổi kiểm soát an ninh giao diện web tùy chọn để tạo quyền sử dụng thực thi sử dụng mật mạnh Những kẻ công Cấu tạo mạch Arduino: Hình 3.6: Cấu tạo mạch Arduino Thông số kỹ thuật: Bảng Một số thông số Arduino Vi điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Digital I/O pin 14 (trong pin có khả băm xung) SRAM KB (ATmega328P) EEPROM KB (ATmega328P) Tốc độ 16 MHz Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm C Ưu điểm mạch Arduino so với mạch khác Hiện Việt Nam giới có nhiều board mạch vi điều khiển khác Tuy nhiên Arduino có số ưu điểm mà khiến trở nên tiếng sử dụng rộng rãi giới Những ưu điểm là: rẻ, tương thích với nhiều hệ điều hành, chương trình lập trình đơn giản, rõ ràng, dễ sử dụng, sử dụng mã nguồn mở kết hợp với nhiều module khác 29 3.3.2.2 Một số thiết bị cảm biến thường dùng A Module thu phát wifi esp 8266 Chip ESP8266 phát triển Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho thiết bị IOT, ứng dụng Internet Of Things ESP8266 chip tích hợp thiết kế dùng cho chuẩn kết nối mạch để đưa dự án người dùng kết nối đến internet Đơn giản sử dụng phương thức nối tiếp với tốc độ Baud 9600 Kết nối mạng không dây tới máy chủ cầu nối trung gian download liệu từ internet Module nạp sẵn firmware giúp người dùng giao tiếp với wifi dễ dàng qua tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART Hình 3.7: Module esp8266 Thông số kỹ thuật : • • • • • • • • Điện áp hoạt động: 3.3v Hỗ trợ chuẩn: 802.11 b/g/n Hỗ trợ WPA/WPA2 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến115200 Nhiệt độ hoạt động:-40- 125 Số mô hình:ESP-01 Loại:Ổn áp Hỗ trợ ba chế độ: AP, STA, AP + STA (Client, Access Point, Both Client and Access Point) • Hỗ trợ giao tiếp TCP UDP B Ethernet shield Ethernet shield mạch mở rộng cho arduino, giúp arduino kết nối với giới internet rộng lớn Ứng dụng shield truyền nhận thông tin arduino với thiết bị bên sử dụng internet, shield đặc biệt hữu ích cho 30 ứng dụng IoT, điều khiển kiểm soát hệ thống internet liên tục, liệu truyền nhanh, khoảng cách vô tận( Trái Đất thôi, với phải có mạng ) rẻ với cách truyền từ xa tin nhắn Hình 3.8: Cấu tạo Ethernet shield Thông số kỹ thuật: • • • • • Để sử dụng phải có board mạch Arduino kèm Hoạt động điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino) Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16KB Tốc độ kết nối: 10/100Mb Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI 31 C Cảm biến nhiệt độ LM35 Giới thiệu cảm biến LM35 LM35 cảm biến dùng để đo nhiệt độ tính theo °C Có loại thường gặp: loại đóng gói theo kiểu IC kiểu plastis: Hình 3.9: Cảm biến nhiệt độ LM35 Tính LM35: • LM35 cảm biến nhiệt độ analog Nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM35 → Đơn vị nhiệt độ: °C → Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C Hình 3.10:Sơ đồ chân LM35 32 • LM35 không cần phải canh chỉnh nhiệt độ sử dụng - Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phòng 3/4°C khoảng -55°C tới +150°C - LM35 có hiệu cao, dòng qua khoảng 60µA - Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá trị hiệu điện định chân Vout (chân giữa) ứng với mức nhiệt độ - Với LM35, bạn tự tạo cho mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng LM35 tự động ngắt điện nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện nhiệt độ thấp ngưỡng tối thiểu thông qua module rơ le • • • • LM35 thay đổi nhiệt độ nhanh xác Phù hợp với ứng dụng điều khiển từ xa Khả tự tản nhiệt thấp, khoảng 0.08°C điều kiện không khí tĩnh Trở kháng ngõ thấp 0.1Ω với tải 1mA… Bảng 2:Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ họ LM35: Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ xác Đầu LM35A -55°C đến +150°C +1.0°C 10mV/°C LM35 -55°C đến +150°C +1.5°C 10mV/°C LM35CA -40°C đến +110°C +1.0°C 10mV/°C LM35C -40°C đến +110°C +1.5°C 10mV/°C LM35D 0°C đến +100°C +2°C 10mV/°C 33 Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Vì có lợi cảm biến tuyến tính hiệu chỉnh theo độ Kelvin (°K) LM35 không cần thiết phải hiệu chỉnh hay tinh chỉnh bên cung cấp phạm vi xác tiêu biểu ±1/4°C nhiệt độ phòng ±3/4°C nhiệt độ từ -55 tới +150°C Trở kháng ngõ thấp, tuyến tính hiểu chỉnh xác làm cho việc đọc ngõ kiểm xoát mạch điện trở nên dễ dàng LM35 sử dụng nguồn đơn nguồn đôi rút dòng khoảng 60µA Cảm biến nhiệt độ LM35 loại cảm biến tương tự hay ứng dụng ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì hoạt động xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ giá thành rẻ ưu điểm Vì cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta dễ dàng đọc giá trị hàm Analog Read Ứng dụng: Đọc nhiệt độ độ ẩm không khí Hệ thống tăng giảm nhiệt độ tự động D Cảm biến độ ẩm đất Bộ cảm biến đo độ ẩm đất ứng dụng nhiều dự án tự động như: đọc độ ẩm đất áp dụng vào hệ thống tưới tiêu tự động… Hình 3.11: Cảm biến đo độ ẩm đất 34 Thông số kỹ thuật: • • • • • • • • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm IC so sánh : LM393 VCC: 3.3V-5V GND: 0V DO: Đầu tín hiệu số (0 1) AO: Đầu Analog (Tín hiệu tương tự) Ứng dụng: Đọc độ ẩm đất Hệ thống tưới tiêu tự động E Module cảm biến ánh sáng Module cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở IC LM393, độ nhạy tùy chỉnh Thiết kế đơn giản hiệu độ tin cậy cao, độ nhiễu thấp thiết kế mạch lọc tín hiệu trước so sánh với ngưỡng Thân thiện với người dùng hổ trợ dạng tín hiệu ngõ dạng số (tín hiệu 1) dạng analog Điện trở quang, diode quang, transistor quang, tế bào quang điện pin mặt trời linh kiện bán dẫn nhạy với ánh sáng Mặc dù linh kiện bán dẫn nhạy với ánh sáng có cấu trúc chức chúng khác nhiều, chế độ hoạt động chúng dựa hiệu ứng vật lý Đó hiệu ứng quang điện Mỗi chất bán dẫn có tính truyền dẫn cách pha tạp chất tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tăng tính truyền dẫn tăng theo, nhiệt lượng lớn khiến phân tử di chuyển nhiều, phá vỡ liên kết tinh thể tạo nhiều âm điện tử di chuyển tự Hiệu ứng không xảy nhiệt năng, mà có tác dụng vây quang Lượng điện tích giải phóng gia tăng ánh sáng chiếu vào Quang trở vật liệu đa tinh thể.Vì không tồn mối nối p-n nên dòng điện qua không phụ thuộc vào điện trở Quang trở dùng với điện áp AC DC Ánh sáng rọi lên quang trở phóng thích âm điện tử hóa trị từ mạng tinh 35 thể chất bán dẩn khiến chúng di chuyển âm điện tử tự khiến cho độ dẫn điện Điện trở quang trở giảm lượng ánh sáng tăng Cadmium Sutphide(CdS) Cadmium Selenium(CdSe) vật liệu bán dẫn sử dụng để chế tạo quang trở nhạy với phổ ánh sáng nhìn thấy Độ nhạy quang phổ thuộc vùng tia đỏ (infrared) quang trở làm từ sulfure chì (PbS) indium antimoine (InSb) Tuy nhiên, quang trở này, chẳng sử dụng nhiều Hình 3.12: Module cảm biến ánh sáng Thông số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động 3.3 – V • Kết nối chân với chân cấp nguồn (VCC GND) chân tín hiệu ngõ (AO DO) • Hổ trợ dạng tín hiệu Analog TTL Ngõ Analog – 5V tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng, ngõ TTL tích cực mức thấp • Độ nhạy cao với ánh sáng tùy chỉnh biến trở • Kích thước 32 x 14 mm 36 Ứng dụng: Điều khiển thiết bị bật tắt theo ánh sáng Điều khiển đèn chiếu sáng tự động Hệ thống cảnh báo chống trộm Đo nhịp tim Truyền tải liệu thu nhận xung laser Khái niệm relay Rơ-le công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc chỗ bản, rơ-le kích hoạt điện thay dùng tay người Chính lẽ đó, rơ-le dùng làm công tắc điện tử! Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không Hình 3.13: Relay Nguyên tắc hoạt động Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều, tùy vào thiết kế Rơ le có mạch độc lập họạt động Một mạch để điều khiển cuộn dây rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa điều khiển rơ le trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF rơ le 37 Hình 3.14: Cấu tạo relay 3.4 TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 3.2.1 Thiết kế hệ thống Chúng cung cấp giải pháp xây dựng hệ thống giám sát thông số kỹ thuật trồng trọt áp dụng IoT Trong hệ thống có thành phần giải vấn đề sau: Để giải vấn đề đo nhiệt độ, độ ẩm đất trồng trọt sử dụng hệ thống máy cảm biến đặt xung quanh vườn Các máy cảm biến nối với board mạch arduino lập trình sẵn có nhiệm vụ điều khiển thiết bị hồ gửi liệu webserver Về giao diện giám sát điều khiển (dành cho smartphone, tablet hay laptop) chức hiển thị trạng trái hoạt động thiết bị qua hình vẽ mô phỏng, hiển thị kết đo, nhận lệnh cài đặt thông số, chế độ nhận lệnh điều khiển thiết bị từ người dùng Về vấn đề thu thập, thống kê số liệu (dành cho smartphone, tablet) website cập nhật kết đo, vẽ biểu đồ thông số đo theo Về vấn đề cảnh báo cho người dùng có lỗi trục trặc thiết bị, điện hệ thống thông báo báo giao diện máy tính tablet Về vấn đề tiết kiệm điện năng, thiết kế đảm bảo thiết bị chạy với điện áp 220V/50hz, đồng thời có nguồn điện dự phòng cúp điện 38 3.5 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA HỆ THỐNG 3.5.1 Thử Nghiệm Sau lắp đặt thiết bị cảm biến cần thiết cho hệ thống hoạt động, người dùng muốn xem tình trạng vườn cần truy cập vào trang web đăng nhập vào hệ thống Hình 3.15: Giao diện đăng nhập Sau đăng nhập thành công xuất trang chủ, người dùng giám sát nhiệt độ, độ ẩm vườn, đồng thời xem coi trạng thái nhiệt độ, độ ẩm cao hay thấp, nguy hiểm với vườn hay không, xem xử lý gặp cố 39 Hình 3.16: Trang chủ Nếu người dùng muốn xem lại nhật ký theo dõi nhiệt độ độ ẩm vườn, người dùng click vào mục “ NHẬT KÝ THEO DÕI”, mục người dùng xem ngày/tháng/năm , thời gian đo nhiệt độ, độ ẩm xem lại số nhiệt độ, độ ẩm lúc Hình 3.17: Giao diện xem nhật ký theo dõi 40 Nếu người dùng muốn xem thông số nhiệt độ, độ ẩm theo hình thức đồ thị, trang chủ người dùng click vào mục “BIỂU ĐỒ”, người dùng coi thay đổi nhiệt độ, độ ẩm vườn theo hình thức biểu đồ Hình 3.18: Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ độ ẩm 3.5.2 Đánh giá kết hệ thống Hệ thống làm việc tương đối xác, xử lý cố nhanh, giảm chi phí, giảm thời gian, sức lao động cho người dùng Tuy nhiên hệ thống có số nhược điểm sau thời gian sử dụng, thiết bị cảm biến bị rong,rêu bám vào làm giảm chất lượng đo lường, người dùng cần bảo trì, bảo dưỡng thiết bị Dữ liệu thông số môi trường sau thu thập lưu lại máy tính thuận tiện cho việc nghiên cứu, theo dõi Hệ thống có tính ứng dụng cao hiệu mặt kinh tế việc giám sát môi trường nông nghiệp giúp giảm rủi ro môi trường thay đổi mang lại, giúp tiết kiệm nhân lực giám sát thủ công, cập nhật kịp thời, xác thông số môi trường, từ giúp tăng suất trồng trọt 41 KẾT LUẬN Kết đạt Qua việc nghiên cứu tiến hành triển khai đề tài “Tìm hiểu ứng dụng IoT nông nghiệp thông minh”, em đạt số thành sau: Đưa phương pháp giám sát điều khiển thiết bị, thời gian xử lý nhanh mà đảm bảo độ xác tương đối cao Đã triển khai cách điều khiển thiết bị nông nghiệp với chức từ máy tính điều khiển từ internet Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển nông nghiệp thông minh đơn giản với chức Những kết với kiến thức tích lũy trình nghiên cứu tiền đề cho việc phát triển hệ thống nhà nông nghiệp thực hoàn thiện với giải pháp tốt mặt công nghệ thỏa mãn tối đa nhu cầu người sử dụng tính tự động, linh hoạt, độ xác, tốc độ đặc biệt phải thật thân thiện với người Hạn chế đề tài Do kinh phí hạn hẹp nên chưa thể chuẩn bị cảm biến dùng cho demo Chưa áp dụng vào thực tiễn Hướng phát triển Hiện tại, đề tài dừng lại việc phát triển thành phần ứng dụng hệ thống giám sát nông nghiệp minh đơn giản Trong tương lai, đề tài cần nghiên cứu phát triển theo hướng sau: Bài toán điều khiển thiết bị từ máy tính: với toán có hai hướng phát triển Thứ phát triển phương pháp triển khai tức sử dụng thiết bị trung gian để điều khiển thiết bị khác Tuy nhiên cách có điểm yếu lớn là, đồ vật đa dạng phong phú với nhiều chức khác nhau, nhà sản xuất thường không cung cấp phương thức giao tiếp trực tiếp với thiết bị nên chức điều khiển phương pháp không nhiều chất lượng điều khiển khó đạt kết cao Do có cách thứ hai hợp tác với nhà sản xuất, cố gắng xây dựng nên 42 chuẩn truyền thông giao tiếp thiết bị máy tính, giúp việc phát triển hệ thống hoàn chỉnh, tính thống cao, tạo tiện lợi tối đa cho người dùng Đó hướng phát triển chi tiết bái toán nhỏ hệ thống nông nghiệp minh tổng thể Theo đó, việc nghiên cứu em xây dựng nên hệ thống nông nghiệp thông minh hoàn chỉnh với tiêu chí sau: Cung cấp chức giám sát Cùng với chức giám sát chức an ninh an toàn khả tự cảnh báo nhanh tới người dùng Việc giám sát điều khiển cần thực thời gian thực Phát triển công nghệ kết nối cho phép người dùng điều khiển khu vườn đa dạng ( dùng kết nối bluetooth, kết nối thông qua internet ) Trên số hướng nghiên cứu cụ thể tương lai giúp có khu vườn thực “thông minh” 43 ... tốt không 13 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG INTERNET OF THINGS TRONG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH 2.1 NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH 2.1.1 Khái niệm Nông nghiệp thông minh hiểu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao (cơ giới... giới thiệu nông nghiệp thông minh gì? Thực trạng ứng dụng IoT khó khăn, thuận lợi việc ứng dụng nông nghiệp thông minh Việt Nam Chương 3: Thiết kế hệ thống IoT cho trang trại trồng rau Trong chương... quan IoT Trong chương trình bày định nghĩa, khái niệm lịch sử phát triển IoT Bên cạnh đó, trình bày thành phần IoT lĩnh vực ứng dụng IoT Việt Nam Chương 2: Ứng dụng IoT nông nghiệp thông minh Trong