Hướng dẫn xây dựng hệ thống tưới cây thông minh kết nối web server và SIM900 với Arduino

• Tác giả: Nguyễn Trọng Phi Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
• Đề tài: Hệ thống tưới cây thông minh giao tiếp web server và SIM900 sử dụng Arduino
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• TRANG BÌA PHỤ
• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu hiện nay
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Bố cục của Đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN CỨNG
• 2.1. Tổng quan về Arduino
• 2.2. Khả năng của bo mạch Arduino
• 2.3. Phần mềm lập trình
• 2.4. Shield tương thích mở rộng
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN MỀM
• 3.1. Xây dựng web server
• 3.2. Điều khiển dùng SMS
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. Sơ đồ khối của hệ thống và hoạt động
• 4.2. Thiết kế, tính toán hệ thống
• 4.3. Lưu đồ thuật toán của hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THI CÔNG
• 5.1. Xây dựng web server dựng trên phần mềm XAMPP trên máy chủ ảo VPS
• 5.2. Xây dựng mạch điều khiển
• 5.3. Xây dựng mô hình hệ thống
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Ưu điểm của hệ thống
• 6.2. Nhược điểm của hệ thống
• 6.3. Hướng phát triển trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về hệ thống tưới cây thông minh

Hệ thống tưới cây thông minh là một giải pháp công nghệ hiện đại, kết hợp giữa IoT và tự động hóa để quản lý và điều khiển quá trình tưới tiêu. Hệ thống này sử dụng Arduino làm bộ xử lý trung tâm, kết hợp với SIM900 để giao tiếp qua SMS và web server để giám sát từ xa. Mục tiêu chính của hệ thống là tối ưu hóa việc sử dụng nước, đảm bảo cây trồng được chăm sóc hiệu quả mà không cần sự can thiệp thủ công. Hệ thống cũng tích hợp các cảm biến độ ẩm để đo lường chính xác điều kiện môi trường, từ đó điều chỉnh lượng nước tưới phù hợp.

1.1. Công nghệ IoT trong nông nghiệp

IoT đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi nền nông nghiệp truyền thống sang nông nghiệp thông minh. Việc kết nối các thiết bị qua internet cho phép người dùng giám sát và điều khiển hệ thống từ xa. Trong hệ thống này, web server được sử dụng để hiển thị dữ liệu từ các cảm biến và cung cấp giao diện điều khiển trực quan. Điều này giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý hệ thống tưới tiêu một cách hiệu quả.

1.2. Vai trò của Arduino và SIM900

Arduino là bộ xử lý trung tâm của hệ thống, đảm nhận việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị tưới tiêu. SIM900 được tích hợp để giao tiếp qua SMS, cho phép người dùng điều khiển hệ thống từ xa thông qua tin nhắn. Sự kết hợp này mang lại tính linh hoạt cao, giúp hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi không có kết nối internet.

II. Thiết kế và hoạt động của hệ thống

Hệ thống được thiết kế gồm hai module chính: Master và Slave. Module Master đảm nhận việc xử lý dữ liệu và điều khiển các thiết bị tưới tiêu, trong khi module Slave thu thập dữ liệu từ các cảm biến như cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ, và cảm biến siêu âm. Dữ liệu được truyền giữa hai module thông qua kết nối không dây sử dụng module RF APC220-43. Hệ thống hoạt động dựa trên hai chế độ: tự động và thủ công, cho phép người dùng linh hoạt điều chỉnh theo nhu cầu.

2.1. Module Master và Slave

Module Master là trung tâm điều khiển của hệ thống, tích hợp Arduino Uno R3 và các shield mở rộng như SIM900 shield và Ethernet shield. Module Slave được trang bị các cảm biến để đo lường điều kiện môi trường. Dữ liệu từ Slave được truyền về Master thông qua kết nối RF, đảm bảo phạm vi hoạt động rộng và độ tin cậy cao.

2.2. Chế độ tự động và thủ công

Trong chế độ tự động, hệ thống tự động điều chỉnh lượng nước tưới dựa trên dữ liệu từ các cảm biến. Chế độ thủ công cho phép người dùng điều khiển hệ thống thông qua web server hoặc SMS. Tính linh hoạt này giúp hệ thống phù hợp với nhiều loại cây trồng và điều kiện môi trường khác nhau.

III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn

Hệ thống tưới cây thông minh mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong công nghệ nông nghiệp. Việc tự động hóa quá trình tưới tiêu giúp tiết kiệm nước và nâng cao năng suất cây trồng. Hệ thống cũng giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công, giúp người dùng quản lý vườn cây một cách hiệu quả hơn. Với khả năng giám sát thông minh và điều khiển từ xa, hệ thống này là giải pháp tối ưu cho các hộ gia đình và doanh nghiệp nông nghiệp.

3.1. Tiết kiệm tài nguyên

Hệ thống sử dụng các cảm biến độ ẩm để đo lường chính xác nhu cầu nước của cây trồng, từ đó điều chỉnh lượng nước tưới phù hợp. Điều này giúp tiết kiệm nước và giảm chi phí vận hành.

3.2. Nâng cao hiệu quả quản lý

Với khả năng giám sát từ xa thông qua web server và SMS, người dùng có thể quản lý hệ thống tưới tiêu một cách dễ dàng và hiệu quả. Điều này đặc biệt hữu ích trong các khu vực có diện tích lớn hoặc khó tiếp cận.