Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp bằng công nghệ IoT

• Tác giả: La Nhật Hảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trọng Hải
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông
• Đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát Trang Trại Nông Nghiệp Bằng Công Nghệ IoT
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Nhu cầu công nghệ IoTs trong lĩnh vực trang trại nông nghiệp hiện nay
• 1.2. Công nghệ IoTs
• 1.3. Đáp ứng công nghệ IoTs trong lĩnh vực nông nghiệp
• 1.4. Hiệu quả mang lại từ việc áp dụng công nghệ IoTs trong nông nghiệp
• 1.5. Nhiệm vụ cần thực hiện nhằm giải quyết vấn đề cho nông nghiệp IoTs
• 1.6. Phạm vi giới hạn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
• 2.1. Xu hướng và tính chất của IoT
• 2.1.1. Sự thông minh
• 2.1.2. Kiến trúc dựa trên sự kiện
• 2.1.3. Là một hệ thống phức tạp
• 2.1.4. Kích thước
• 2.1.5. Vấn đề không gian, thời gian. Luồng năng lượng mới
• 2.2. Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mô hình IoT
• 2.2.1. Chưa có sự chuẩn hóa
• 2.2.2. Hàng rào subnetwork
• 2.2.3. Chi phí phát triển mạng
• 2.3. Phần cứng và phần mềm của một node mạng trong mô hình ứng dụng IoT
• 2.4. Lựa chọn công nghệ truyền thông cho IoT
• 2.5. Chuẩn truyền thông Wifi
• 2.6. Giới thiệu một số ứng dụng hệ thống nông nghiệp trong lĩnh vực IoTs
• 2.7. Các giải pháp đưa ra đáp ứng cho hệ thống
• 2.7.1. Tại sao quản lý nhiệt độ – độ ẩm lại quan trọng
• 2.7.2. Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính
• 2.7.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cây trồng
• 2.7.4. Một số phương pháp kiểm soát trong môi trường nhà kính
• 2.8. Các giải pháp đưa ra áp dụng cho mô hình đề tài
• 2.9. Giới thiệu hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp IoTs
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
• 3.1. Mô tả phương pháp
• 3.2. Phân tích chọn lựa các thiết bị linh kiện phần cứng
• 3.2.1. Node MCU ESP8266
• 3.2.2. Cảm biến khí gas MQ-2
• 3.2.3. Cảm biến ánh sáng CDS
• 3.2.4. Module cảm biến độ ẩm đất
• 3.2.5. Màn hình LCD 20x4
• 3.2.6. Mạch chuyển đổi I2C cho LCD
• 3.2.7. Quạt tản nhiệt 12V
• 3.3. Các chuẩn giao tiếp được sử dụng
• 3.3.1. Chuẩn One-Wire
• 3.3.2. Chuẩn giao tiếp UART
• 3.3.3. Chuẩn giao tiếp I2C
• 3.4. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
• 3.5. Phần mềm lập trình cho Websever (Visual Studio Code)
• 3.5.1. Cài đặt phần mềm
• 3.5.2. Giới thiệu Blynk
• 3.5.3. Hệ sinh thái Blynk
• 4. CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ
• 4.1. Tính toán và thiết kế
• 4.1.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 4.1.2. Tính toán và thiết kế
• 4.1.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
• 4.1.4. Thiết kế giao diện App blynk
• 4.1.5. Thiết kế giao diện Websever
• 5. CHƯƠNG 5: THI CÔNG
• 5.1. Thi công hệ thống
• 5.1.1. Thi công mạch xử lý trung tâm và thu phát Wifi
• 5.1.2. Thi công mạch công suất ngõ ra
• 5.1.3. Danh sách các linh kiện
• 5.2. Lắp ráp và kiểm tra
• 5.2.1. Đóng gói bộ điều khiển
• 5.2.2. Thi công mô hình
• 5.3. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác
• 6. CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
• 6.1. Kết quả đạt được
• 6.2. Đánh giá kết quả thực tế
• 6.3. Định hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại, Internet of Things (IoT) đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. IoT trong nông nghiệp không chỉ giúp giám sát và điều khiển các yếu tố môi trường mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất. Hệ thống IoT cho phép người nông dân theo dõi các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, và ánh sáng một cách tự động, từ đó đưa ra quyết định kịp thời. Việc áp dụng cảm biến IoT trong nông nghiệp giúp tiết kiệm nước tưới và nâng cao chất lượng nông sản. Theo nghiên cứu, việc sử dụng công nghệ này có thể tiết kiệm từ 30% đến 50% lượng nước tưới mà vẫn đảm bảo độ ẩm cho cây trồng.

1.1 Nhu cầu công nghệ IoTs trong lĩnh vực trang trại nông nghiệp hiện nay

Nhu cầu áp dụng IoT trong nông nghiệp ngày càng tăng do sự phát triển của công nghệ và yêu cầu về sản xuất bền vững. Các ứng dụng của hệ thống IoT không chỉ giới hạn trong việc giám sát mà còn mở rộng ra các lĩnh vực như quản lý tưới tiêu, phân bón, và theo dõi sức khỏe cây trồng. Việc sử dụng cảm biến IoT giúp nông dân có thể theo dõi tình trạng cây trồng từ xa, giảm thiểu chi phí lao động và tăng năng suất. Hệ thống này cho phép người dùng điều khiển và giám sát thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cao trong quản lý nông nghiệp.

II. Tổng quan giải pháp

Giải pháp quản lý nông nghiệp thông minh thông qua hệ thống IoT bao gồm nhiều thành phần như cảm biến, bộ điều khiển và ứng dụng di động. Cảm biến IoT được sử dụng để thu thập dữ liệu về môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và ánh sáng. Dữ liệu này được gửi về một nền tảng đám mây để phân tích và xử lý. Người dùng có thể truy cập thông tin này thông qua ứng dụng trên điện thoại hoặc máy tính. Hệ thống này không chỉ giúp giám sát mà còn cho phép điều khiển tự động các thiết bị như máy bơm nước, đèn chiếu sáng, và quạt thông gió. Việc áp dụng công nghệ nông nghiệp này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu rủi ro trong canh tác.

2.1 Xu hướng và tính chất của IoT

Xu hướng phát triển của IoT trong nông nghiệp đang diễn ra mạnh mẽ với sự gia tăng số lượng thiết bị kết nối. Hệ thống tự động hóa giúp nông dân dễ dàng quản lý và theo dõi tình trạng cây trồng. Các thiết bị như cảm biến khí gas, cảm biến độ ẩm đất, và module WiFi ESP8266 được sử dụng để thu thập và truyền tải dữ liệu. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất. Hệ thống này cho phép người dùng điều chỉnh các thông số môi trường một cách chính xác, từ đó tối ưu hóa điều kiện phát triển cho cây trồng.

III. Phương pháp giải quyết

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong dự án này bao gồm khảo sát thực tế và phát triển hệ thống IoT cho nông nghiệp. Các cảm biến được lựa chọn dựa trên tiêu chí độ chính xác và khả năng tương thích với hệ thống. Node MCU ESP8266 được sử dụng làm bộ điều khiển trung tâm, kết nối với các cảm biến và thiết bị khác. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển được viết bằng Arduino IDE, cho phép người dùng dễ dàng điều chỉnh và cập nhật. Hệ thống cũng được thiết kế để có thể mở rộng trong tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nông nghiệp thông minh.

3.1 Mô tả phương pháp

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thiết kế và thi công hệ thống điều khiển tự động cho trang trại nông nghiệp. Các cảm biến được lắp đặt để thu thập dữ liệu về môi trường, sau đó dữ liệu này được truyền về bộ điều khiển trung tâm. Từ đó, người dùng có thể theo dõi và điều chỉnh các thông số thông qua ứng dụng di động. Hệ thống cũng cho phép người dùng thiết lập các chế độ hoạt động như tự động hoặc thủ công, giúp linh hoạt trong việc quản lý nông nghiệp. Việc áp dụng công nghệ cảm biến giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu rủi ro trong canh tác.