Chương 1.-- 2 2SE2EE2 2 1EE12112112112112112112111. Lý do chọn đề tài.---:- + St‡Sx+ SE EE1E11211211211211211211211 121. Mure dich nghiém ctu. Phạm vi nghién CỨU.- -- 6 + + SE 1n TH TH ng nh nrưệt 3 Chương 2, TONG QUAN.-- 2-2 ©52+SE9EE2EE9EEEE11221271211271711211 22171.
Cac dự án nông nghiệp thông minh ngoài thực tẾ. Các vấn dé liên quan.---:-2¿©5£+SE+2E2EE£EEtEEEEEEEEEEEEE21711221 7121. Các vấn đề nghiên cứu .----2- 2+ ©+++2++2EE+2EESEEEEEEEEEEEEEEEErrkrerkrrs 8 Chương 3. CO SỞ LÝ THUYÉTT.
Hệ thống giải pháp nông nghiệp thông minh. Tổng quan về điều kiện sống của cây trồng.----- 2-2 s+s2+sz+zz+se2 10 3. Tổng quan về module ESP32 series. Tổng quan về LoTs.
Tổng quan về mô hình mạng máy tính. Tổng quan LORa.-:- + t+SE‡SESEEEE1EE19E1EE1211211211211211211 111. Các chuẩn giao tiếp và các giao thức truyền thông. Tổng quan về cây đậu xanh.----¿- s¿©++22++2E++£E++EE+erErerkeerxrrrrrrrree 25 Chương 4.
PHAN TÍCH VA THIET KE HE THÓNG. Ăn TH TH TH HH HH ng nh nưệt 27 4. _ Thiết kế sơ đồ khối hệ thống. Tính toán, thiết kế và hiện thực mạch.
_ Lập trình hệ thống.----- + E©E+Sk9EEEEE9 2 EEE121121121121121111. So đồ hành vi cho giao diện người dùng. Cau trúc gói tin truyền giữa các node và øateway. So đồ truyền và nhận dữ liệu giữa các node và gateway.
Nguyên tắc điều khiển tự động khối chấp hành của node. Cấu trúc dữ liệu được lưu trữ.-- SĂ ch t 50 Chương 5. KET QUÁ THỰC NGHIỆM.-Sc tt tt 1211211111211 211211111 11c xe. Nhan xét & Danh 2n.
KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHAT TRIÊỀN. Hướng phát triỂn.-- :- c+S+SEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrrrrkrree 70 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống Nextfarm INMC.2: Thiết bị E-Sensor Master SME 4G. - ¿2 + t+x+E£EE+E+EvEE+keEeExerererxee 7 Hình 3.1: Biéu đồ mô tả giới hạn sinh thái.----2- 2¿¿2++2zx+2zx+zz+erseees 10 Hình 3.2: Sơ đồ khối chức năng ESP32.---¿- 2 s+SE+SE+EE+EE£EEEEE2EE2EEzErrerree 12 Hình 3.3: Cau trũc mô hình IoTs cơ bản.-- HT H H HnHnkt 16 Hình 3.- Go HH ng 17 Hình 3.- --- 6 6 tt ng ng như 17 Hình 3.9: Chuẩn giao tiếp One Wire.---s-©c¿+2k 2+2 EESEEE 2712112117121 rxe 20 Hình 3.10: Khung truyền của giao tiếp OneWire.---¿--2¿©7sc2cxvczsvrresrseees 21 Hình SN IC.12: Giao thức WebSOCKL.- Q2 HH HH HH HH HH ng 25 Hình AL: So d6 WG 0ì V sa UV P65 a4.2: Cấu trúc phan vật lý của node/gateway .3: Pinout ESP32 NodeMCU-32S.- --- G11 ng ng rn 29 Hình 4.4: Cảm biến độ âm đất ngoài thực tẾ.5: Cảm biến ánh sáng ngoài thực tẾ.----- 2-52 Sz+SE+EE2EE2EEE2EEEErrkrrerree 32 Hình 4.7: LED SiÊU SANG 0. ee ceeeceeetecesceeeseceseeescecesecesceceaeceseecsaeceseeeeaeseaeeeeeeeeaeeeeeees 33 Hình 4.8: Mach Relay thực té .9: Pin Sạc 18650 Li-Ion Rechargeable Battery 3.10: Mạch Giảm Áp DC-DC Buck XL4015 5A.
SH HH Hit 35 Hình 4.12: Các kiểu truyền thông của LoRa E32.13: Chức năng của Firebase .-- -- «6 + 1kg ngư 36 Hình 4.14: Sơ đồ giải thuật chăm sóc cây trồng .----¿©2¿©++cc++csesrxcees 39 Hình 4.15: Sơ đỗ giải thuật truyền dit liệu (Loa) .----- 2 25s+cz+cczszceez 40 Hình 4.16: Sơ đồ giải thuật nhận dữ liệu (Loa).17: Các giải thuật khác. -- - -- + 2 2c 13211391189 11191119118 11 1 1H ng nr 42 Hình 4.18: Sơ đồ hành vi cho người dùng Local.----- 2 5 s+ss+++£z£ezzzxzez 43 Hình 4.19: Sơ đồ hành vi cho người dùng SerVer.20: Sơ đồ truyền nhận gói tin trong hệ thống.21: Cấu trúc dữ liệu lưu trên database .----cc¿-©ccvccsccxvrrsrrrvrsrre 49 Hình 4.22: Cấu trúc dữ liệu của từng ID.23: Giao diện lập trình trên VScode trên nền tang Platform]O .1: Trang tương tác chính (Horm©).2: Trang xem lại lịch sử trạng thái cây trồng.3: Giao diện Cai đặt .4: Yêu cầu xác minh danh tính.7: Giao diện thiết lập thông số điều kiện giới hạn môi trường .8: Thông báo gửi cho người dùng bang Gmail.9: Thông báo gửi cho người dùng bang số điện thoại (WhatsApp).10: Bộ cấp nguồn của hệ thống.-- 2-2 2 E2 E2 E£+EE+E£+E++E++EzEzEzzxez 60 Hình 5.11: Schematic phần cứng .-------- 2 + s+SE+++EE+EE+EE+EEEEEErEkrrrrerrerree 60 Hình 5.12: Mặt trên của layout phần cứng.----2- + s+++£x+£xczE+rxerxrrxrrxeee 61 Hình 5.13: Mặt dưới của layout phần cứng .---¿--¿+¿2+++++zz++rxserxeees 61 Hình 5.14: Phần cứng thực tẾ.---¿- :- k+Sk+Ek‡Ek£ 9 1211211211211211211211111 111.15: Đóng hộp sản phẩm.- 2-2: ©5£©22+SE£SESEE£EECEEEEEEEEEEEEEEEErrrrrrrrrkee 62 Hình 5.16: Khi hệ thống mat node 1 lá.--- 2-2 2 + +2 ++£++E£+E++E++£zzzx+zsez 63 Hình 5.17: Khi hệ thống mat node có ít nhất 1 lá.18: Khi có thêm một node vào hệ thống ¬.19: Khi vai trò gateway bi thay đỔi.20: Khi mới khởi động hoặc không có gateway xung quanh .21: Khi mối quan hệ giữa các node bị thay đổi .22: Tool hỗ trợ tính toán địa chỉ DANH MỤC BANG Bảng 3.1: Ưu - nhược điểm của IOTTS. - 5: St t+E‡E‡E‡EEEEEEEEEEEeEeEerkrsrrrrkrreree 14 Bảng 3.2: Ưu và nhược điểm của LOlRa.-¿- 5c St SE‡E£EE+EEEEEEeEeEEkererxreereree 19 Bảng 3.3: Bảng giá tri thời gian One Wire .- --- ch HH HH nưệp 22 Bảng 4.1: Một vài thông số ESP32 NodeMŒCU-329S.2: Bang so sánh DHT11 và IDDHT'22.3: Ưu và nhược điểm Firebase.- -¿- - t+xkềESk+E£EEEEeEEEEeEeEerxekererxerrrs 36 Bảng 4.4: Ưu và nhược điểm MoOsQquitfO.5: Bảng mode của BỐI IT.- - - <6 <1 E3 E111 9 1 9v ng ng 46 Bảng 5.1: Bang năng lượng tiêu thụ của mạch .2: Bang ghi số lượng gói tin nhận được ứng với số lượng node. 68 DANH MỤC TU VIET TAT Từ viết tắt Y nghĩa AES Advanced Encryption Standard AP Access Point API Application Programming Interface ARM Advanced RISC Machine HTTP Hypertext Transfer Protocol IC Integrated Circuit IDE Integrated development environment IDL Interface Definition Language IEC International Electrotechnical Commission IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol ISO International Organization for Standardization LPWAN Low Power Wide Area Network M2M Machine to Machine MBED Micro-Beam Electron Diffraction OASIS Organization for the Advancement of Structured RF Radio Frequency RFC Request for Comments SoC Security operations center SPI Serial Peripheral Interface SSL Secure Socket Layer STA Station TCP Transmission Control Protocol TLS Transport Layer Security TSMC Taiwan Semiconductor Manufacturing Company UART Universal asynchronous receiver-transmitter UDP User Datagram Protocol USB Universal Serial Bus W3C World Wide Web Consortium WEP Wired Equivalent Privacy WPA-PSK Wi-Fi Protected Access Pre-Shared Key TÓM TẮT KHÓA LUẬN Nông nghiệp thông minh là một ứng dụng công nghệ cao trong lĩnh vực nông nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình canh tác và quản lý cây trồng thông qua việc sử dụng các thiết bi cảm biến, hệ thống điều khiển tự động, và các công nghệ IoTs (Internet of Things).
Đề tài nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và triển khai hệ thống vườn thông minh nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và giảm năng lượng tiêu thụ. Nghiên cứu sẽ cung cấp những giải pháp kỹ thuật và phân tích hiệu quả của hệ thống này trong thực tiễn. Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, xây dựng và phát triển hệ thống vườn thông minh từ góc độ kỹ thuật, tập trung vào các khía cạnh tự động hóa và quản lý dữ liệu. Đề tài sử dụng phương pháp thử nghiệm thực tiễn kết hợp với phân tích lý thuyết.
Giai đoạn đầu tiên là thiết kế hệ thống vườn thông minh, bao gồm việc lựa chọn và tích hợp các cảm biến (đo độ âm, nhiệt độ, ánh sáng), hệ thống điều khiển tự động (ESP32), các khối chấp hành (máy bơm và đèn LED) ,công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây (WiFi, LoRa) và phần mềm quản lý dữ liệu. Kết quả của đề tài này đã cho ra một hệ thống chăm sóc cây trồng (cây đậu xanh) dựa trên điều kiện môi trường, cụ thê dựa trên giới hạn sinh của chính cây trồng đó. Không những vậy các hệ thông chăm sóc này có khả năng truyền dữ liệu giữa các node theo mô push + ack giúp tiết kiệm thô gian, dễ dàng thêm node mới, tạo tiền đề cho việc mở rộng quy mô chăm sóc cây trồng. Ngoài ra, đề tài này cũng cung cấp một server để cho người dùng có thể giám sát và quản lý việc chăm sóc cây trồng, bao gồm việc lưu trữ dữ liệu, cập nhập trạng thái hệ thống theo thời gian thực, gửi thông báo cho người dùng khi xảy ra các vấn đề liên quan đến hệ thống.
Kết luận, hệ thống vườn thông minh không chỉ cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng mà còn mang lại lợi ích lớn về mặt quản lý. Tuy nhiên, việc triển khai rộng rãi hệ thống này vẫn đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật, như năng lượng tiêu thụ hoặc mức độ rớt gói tin của hệ thống. Nghiên cứu cũng đề xuất hướng đi tiếp theo là tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) va học máy (machine learning) vào hệ thống vườn thông minh dé nâng cao khả năng dự đoán và tối ưu hóa quy trình canh tác. Lý do chọn đề tài Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng bậc nhất của đất nước, cả trong quá khứ, hiện tại, ảnh hưởng trực tiếp và mạnh mẽ nhất đến sự ổn định và phát triển của đất nước.
Tuy nhiên, ngành nông nghiệp của Việt Nam còn nhiều vấn đề đặt ra trong quá trình phát triển. Một số van đề tiêu biểu của nền nông nghiệp Việt Nam: e Diện tích đất trồng nhỏ và bi phân nhánh; tiêu tốn nhiều nguồn lực, năng suất lao động thấp; phân bón, thuốc bảo vệ thực vật kém chất lượng, hàng lậu, hàng giả tràn lan trên thị trường; chuỗi liên kết khép kín từ sản xuất đến chế biến, tiêu thụ sản phẩm ở các vùng nguyên liệu nước ta còn hạn chế; cơ giới hóa thấp, sức cạnh tranh thấp. e Ứng dụng khoa học - công nghệ. e_ Tiết kiệm tai nguyên nước.
e Nang lượng tiêu thu. Song, nông nghiệp Việt Nam hiện nay đang có xu hướng phát triển theo ứng dung các mô hình nông nghiệp thông minh nhằm mục đích giúp người nông dân nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chỉ phí trong quá trình canh tác. Các mô hình đó bao gồm [1]: e Số hóa quy trình sản xuất kết hợp truy xuất nguồn sốc (ví dụ: NextFarm QR Check'). e Hé thống IoT trong nông nghiệp, điều khién vi khí hậu, thu thập dữ liệu cam biến (ví dụ: NextFarm NMC?).
e Hệ thống châm phân dinh dưỡng tự động (ví dụ: NextFarm Fertikit 4G). e Hé thống phân tích dit liệu lớn AI dé đưa ra công thức tưới, cảnh báo sớm dich bệnh qua bài toán chụp anh từ vệ tinh. e Các hệ thống phần mềm bổ trợ cho nông nghiệp. ! Link sản phẩm: https://www.vn/nextfarm-qr-check ? Link san pham: https://www.vn/nextfarm-nmc 3 Link san phẩm: https://www.vn/nextfarm-fertikit-4g Dựa vào hiện trạng hiện tại của nền nông nghiệp Việt Nam hiện nay, nên em quyết định thiết kế, xây dựng mô hình quản lý vườn cây thông minh với mục tiêu xây dựng một hệ thống chăm sóc cây trồng ứng dụng mô hình nông nghiệp thông minh nhằm hỗ trợ nông dân hoặc người trồng cây trong việc chăm sóc cây trồng và nâng cao hiệu quả sản xuât.
Mục đích nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu, thiết kế, hiện thực một hệ thống quản lý các thiết bị tự động tưới nước cho cây trồng dựa trên điều kiện môi trường bằng công nghệ IoTs Sensor và các thuật toán. Từ đó, góp phần mở rộng mô hình và tiết kiệm tài nguyên trong việc chăm sóc cây trồng.