Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật phát triển, các hệ thống điều khiển và công nghệ thông minh kết nối mạng (Internet of Things - IoT) đang đóng vai trò then chốt trong quá trình hiện đại hóa các ngành công nghiệp, nông nghiệp và điện năng. Tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu – một địa bàn kinh tế trọng điểm phía Nam với tiềm năng phát triển đa ngành, xu hướng ứng dụng công nghệ số thay thế cho các thiết bị cũ, vận hành thủ công và kém chính xác đang trở nên cấp thiết. Phát triển nông nghiệp công nghệ cao là hướng đi mang lại hiệu quả kinh tế lớn; tuy nhiên, các phương pháp canh tác truyền thống bộc lộ rõ hạn chế khi năng suất thấp và phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết biến đổi thất thường. Việc người nông dân tự theo dõi thời tiết và chăm sóc thủ công tiêu tốn nhiều thời gian, công sức mà không đạt được độ chuẩn xác cần thiết.

Nhằm giải quyết bài toán trên, đồ án tốt nghiệp "Điều khiển giám sát hệ thống tưới và chiếu sáng qua Wifi" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Thạch Khang và Nguyễn Tấn Lộc, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Lương Thanh Tùng thuộc Khoa Công nghệ Kỹ thuật – Nông nghiệp Công nghệ cao, Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và phương pháp giao tiếp với các module cảm biến: cảm biến nhiệt độ - độ ẩm không khí (DHT11), cảm biến cường độ ánh sáng (Photodiode Light Sensor), cảm biến độ ẩm đất (Soil Moisture Sensor), cảm biến mực nước/khoảng cách siêu âm (HC-SR04), và cảm biến phát hiện nước mưa (Rain Water Sensor).
  2. Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển ESP32, thu thập tín hiệu từ các cảm biến để tự động hoặc bán tự động điều khiển hệ thống thiết bị chấp hành gồm máy bơm tưới cây, máy bơm cấp nước vào bồn chứa và hệ thống đèn chiếu sáng qua module Relay 8 kênh.
  3. Xây dựng cấu trúc Web Server/Webservice để truyền nhận dữ liệu qua kết nối Wifi, cho phép hiển thị các thông số môi trường và điều khiển thiết bị từ xa qua giao diện mạng.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống phần cứng IoT thu thập dữ liệu môi trường nông nghiệp và các cơ chế điều khiển thiết bị điện (bơm, đèn) qua môi trường mạng không dây. Phạm vi ứng dụng của đề tài hướng tới các lĩnh vực: công nghiệp, nghiên cứu khoa học, quan trắc môi trường - khí tượng và thông tin viễn thông. Về giới hạn nghiên cứu, mô hình phần cứng và phần mềm của đồ án được triển khai, kiểm thử trong phạm vi phòng thí nghiệm, phục vụ nghiên cứu ở không gian nhỏ (mô hình thực nghiệm nhà vườn nhỏ).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án được xây dựng dựa trên các nền tảng kỹ thuật phần cứng nhúng, hệ thống cảm biến đo lường và các giao thức truyền thông mạng Web Server:

  • Khái niệm và nền tảng IoT: Đồ án tiếp cận IoT theo mô hình kết nối vạn vật qua mạng không dây (Wi-Fi, 3G/4G, ZigBee, Bluetooth). Tác giả tổng quan các công cụ phần mềm và nền tảng hỗ trợ IoT như hệ sinh thái Arduino, ứng dụng di động Blynk (trên nền tảng iOS/Android hỗ trợ giao diện kéo thả và đồng bộ qua Blynk Cloud), nền tảng mở ThingSpeak hỗ trợ API lưu trữ/phân tích dữ liệu qua giao thức HTTP trong mạng LAN hoặc Internet, cùng các giải pháp vi điều khiển kết nối mạng (họ chip ARM, Photon/SparkCore của Particle).
  • Lý thuyết chuyển đổi tín hiệu cảm biến: Cảm biến được định nghĩa là thiết bị cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý/phi điện ($m$) thành các đại lượng mang tính chất điện ($s$) theo hàm $s = F(m)$ (điện áp, dòng điện, điện tích hoặc trở kháng) để vi điều khiển có thể xử lý.
  • Mô hình Web Server và giao thức mạng: Đồ án tổng hợp lý thuyết kiến trúc ứng dụng web gồm 3 thành phần (Web Server, Nội dung ứng dụng/Application Content, và Cơ sở dữ liệu/Datastore). Phân tích hoạt động của giao thức truyền tải siêu văn bản HTTP (phương thức GET/POST, cấu trúc HTTP Request Header và Response Header), giao thức truyền file FTP, cơ chế quản lý trạng thái người dùng qua Session và Cookies, bức tường lửa (Firewall), máy chủ trung gian (Proxy Server), cũng như các hệ thống Web Server thông dụng (Apache, Microsoft IIS, Sun Java System Web Server).

Phương pháp nghiên cứu được triển khai theo phương pháp thiết kế kỹ thuật và thực nghiệm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập, khảo sát thông số kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện bán dẫn, IC vi điều khiển, module cảm biến và tiêu chuẩn nguồn điện.
  • Phương pháp thiết kế mạch và tích hợp hệ thống: Tính toán thiết kế sơ đồ kết nối chân IO giữa ESP32 với từng cảm biến và mạch kích Relay.
  • Phương pháp lập trình firmware và phát triển giao diện web: Viết mã nguồn trên nền tảng Arduino IDE để đọc dữ liệu cảm biến, tính toán đại lượng vật lý, định dạng gói tin và gửi lên máy chủ web.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp từ các đầu đo cảm biến (tín hiệu Analog/Digital) trong quá trình vận hành chạy thử mô hình.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module phân tầng rõ ràng, bao gồm: Khối cảm biến đầu vào, Khối xử lý trung tâm, Khối thiết bị chấp hành và Khối giao tiếp Web Server.

+-------------------------------------------------------------+
|                     KHỐI CẢM BIẾN                           |
|  - Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11)                         |
|  - Cảm biến ánh sáng (Photodiode Sensor)                    |
|  - Cảm biến nước mưa (Rain Water Sensor)                    |
|  - Cảm biến khoảng cách siêu âm (HC-SR04)                   |
|  - Cảm biến độ ẩm đất (Soil Moisture Sensor)                |
+------------------------------+------------------------------+
                               | (Tín hiệu Analog / Digital)
                               v
+-------------------------------------------------------------+
|                 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM                        |
|              ESP32 NodeMCU LuaNode32                        |
+---------------+-----------------------------+---------------+
                |                             |
   (Điều khiển tín hiệu kích)          (Kết nối mạng Wifi / HTTP)
                v                             v
+-------------------------------+ +---------------------------+
|      KHỐI THIẾT BỊ            | |      KHỐI WEB SERVER      |
|  - Module Relay 8 kênh (Low)  | |  - Giao diện Web Client   |
|  - Động cơ bơm tưới (R385 12V)| |  - Giám sát thông số      |
|  - Máy bơm cấp nước bồn       | |  - Điều khiển thiết bị    |
|  - Đèn chiếu sáng LED         | |                           |
+-------------------------------+ +---------------------------+

1. Thông số kỹ thuật của các linh kiện phần cứng

Hệ thống sử dụng các linh kiện phần cứng với thông số chi tiết như sau:

Linh kiện / Thiết bị Thông số kỹ thuật chính Vai trò trong hệ thống
Module ESP32 NodeMCU SoC ESP-WROOM-32, nguồn cấp 5VDC qua Micro USB, tích hợp UART CP2102, nút BOOT/ENABLE Xử lý trung tâm, đọc cảm biến, điều khiển ngõ ra và kết nối Wifi
Module Relay 8 kênh Nguồn 5VDC, kích mức thấp (Low - 0V), dòng tiêu thụ ~80mA/relay, tiếp điểm AC250V/10A hoặc DC30V/10A, tích hợp Opto cách ly Đóng ngắt các thiết bị công suất (bơm, đèn)
Cảm biến DHT11 Nguồn 3–5VDC, đo nhiệt độ 0–55°C (sai số ±2°C), độ ẩm 20–90% (sai số 5%), giao tiếp 1-wire bus (dữ liệu 40 bit) Đo nhiệt độ và độ ẩm không khí môi trường
Cảm biến ánh sáng Nguồn 3.3–5VDC, sử dụng Photodiode, ngõ ra Digital (DO) tinh chỉnh qua biến trở và Analog (AO) Cảm nhận cường độ sáng, nhận biết ngày/đêm
Cảm biến mưa Nguồn 3.3–5VDC, kích thước tấm cảm biến 54x40mm, board 30x16mm, ngõ ra TTL DO (0V/5V) và Analog AO Phát hiện trời mưa hoặc nước đọng trên bề mặt
Cảm biến siêu âm HC-SR04 Nguồn 5VDC, dòng 10–40mA, tần số 40kHz, góc quét <15°, khoảng cách đo 2–450cm (tối ưu <100cm), chân Trig/Echo Đo mực nước còn lại trong bồn chứa
Cảm biến độ ẩm đất Nguồn 3.3–5VDC, mạch so sánh LM393, ngõ ra Analog AO và Digital DO Đo độ ẩm đất để kích hoạt tưới tiêu
Nguồn tổ ong 12V 5A Điện áp vào 100–250VAC (47–63Hz), áp ra 12VDC, dòng cực đại 5A, công suất 60W, hiệu suất ≥85% Cung cấp nguồn 12V cho động cơ bơm nước
Bơm mini R385 12V Nguồn 12VDC, công suất 3W, lưu lượng 1–2 L/phút, cột áp đẩy tối đa 5m, thời gian chạy liên tục ≤120h Bơm nước tưới cây và bơm cấp bồn

2. Sơ đồ kết nối chân giữa ESP32 và các module

Mạch điều khiển phân phối các chân GPIO của vi điều khiển ESP32 cho các cảm biến và tải như sau:

Tên Module / Cảm biến Chân tín hiệu module Chân GPIO kết nối trên ESP32 Điện áp cấp
DHT11 DATA GPIO 25 5V / GND
HC-SR04 TRIG GPIO 5 5V / GND
HC-SR04 ECHO GPIO 18 5V / GND
Cảm biến mưa (Rain) AO GPIO 34 (Analog) 5V / GND
Cảm biến ánh sáng (Light) AO GPIO 35 (Analog) 5V / GND
Cảm biến độ ẩm đất (Soil) AO GPIO 33 (Analog) 5V / GND
Hệ thống tải / Relay Chân kích IN1 - IN6 Dev[6] = {13, 12, 14, 27, 26, 32} 5V / GND

3. Xây dựng chương trình điều khiển (Firmware)

Chương trình điều khiển trên ESP32 được cấu trúc với các định nghĩa trạng thái và các thuật toán tính toán:

  • Định nghĩa trạng thái thiết bị: const int devOn = 0; (mức thấp đóng relay), const int devOff = 1; (mức cao ngắt relay).
  • Chế độ điều khiển hệ thống: Được cấu hình thông qua các hằng số: MAN = 0 (chế độ điều khiển thủ công), AUTO = 1 (chế độ tự động hoàn toàn), AUTO_T = 2 (tự động theo thời gian), AUTO_E = 3 (tự động theo sự kiện môi trường).
  • Thuật toán đọc cảm biến:
    • Cảm biến DHT11: Hàm ReadDHT11() đọc dữ liệu 40 bit gồm phần nguyên và thập phân qua thư viện DHT, xuất ra hai giá trị Humi và Temp.
    • Cảm biến ánh sáng: Hàm ReadLightSensor() đọc giá trị điện áp ADC 12-bit (0–4095) trên chân GPIO35 và chuẩn hóa theo công thức phần trăm: $$\text{Light (%)} = 100 - \frac{\text{val} \times 100}{4095}$$
    • Cảm biến độ ẩm đất: Hàm ReadSoilSensor() đọc ADC trên chân GPIO33 và chuyển đổi giá trị phần trăm: $$\text{Soil (%)} = 100 - \frac{\text{val} \times 100}{4095}$$
    • Cảm biến nước mưa: Hàm ReadRainSensor() đọc tín hiệu mức logic số từ chân GPIO34 qua lệnh digitalRead(DevRainSensor).
    • Cảm biến siêu âm: Phát một xung kích thời gian ngắn ($5,\mu\text{s}$) từ chân Trig, đo độ rộng xung phản hồi trên chân Echo và tính khoảng cách dựa trên hằng số tốc độ âm thanh $340,\text{m/s}$ ($\approx 29{,}412,\mu\text{s/cm}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này nêu bật sự cần thiết của việc ứng dụng công nghệ thông minh và IoT trong sản xuất nông nghiệp nhằm thay thế phương pháp thủ công, giúp thích ứng với biến đổi khí hậu. Tác giả định nghĩa bản chất kỹ thuật của cảm biến trong việc chuyển đổi các đại lượng vật lý không mang tính chất điện thành tín hiệu điện. Xác định mục tiêu chế tạo hệ thống IoT giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nước mưa, mực nước bồn và điều khiển máy bơm, đèn chiếu sáng qua internet bằng ESP32; đồng thời nêu rõ phạm vi ứng dụng trong nghiên cứu khoa học, công nghiệp, viễn thông và giới hạn mô hình ở không gian phòng thí nghiệm nhỏ.

Chương 2: Giới thiệu về Internet of things (IoT)

Chương 2 tổng kết các khái niệm nền tảng về mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) và phân tích các nền tảng đại diện cho từng nhóm công nghệ:

  • Mã nguồn mở Arduino cho phát triển thiết bị ("Thing").
  • Nền tảng ứng dụng di động Blynk (iOS/Android) hỗ trợ tạo giao diện kéo thả điều khiển qua Blynk Cloud.
  • Nền tảng đám mây ThingSpeak hỗ trợ API tiếp nhận, lưu trữ và hiển thị đồ thị dữ liệu cảm biến qua giao thức HTTP.
  • Phần cứng tích hợp WiFi dòng ARM (Photon, SparkCore của Particle).
  • Phân tích các phương thức kết nối mạng (WiFi, 3G/4G, ZigBee, Bluetooth) và liệt kê các ứng dụng IoT trong quản lý đô thị, tự động hóa ngôi nhà, quản lý chất thải và đo lường thông minh.

Chương 3: Tổng quan về các linh kiện được sử dụng

Chương 3 trình bày chi tiết sơ đồ chân, cấu tạo, nguyên lý vận hành và bảng thông số kỹ thuật của từng linh kiện cấu thành hệ thống phần cứng:

  • Module trung tâm ESP32 NodeMCU (ESP-WROOM-32, nạp UART CP2102).
  • Module Relay 8 kênh opto cách ly, phân tích cấu tạo tiếp điểm (NO, NC, COM) và nguyên lý đóng ngắt mức thấp bằng transistor PNP/NPN.
  • Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 và cơ chế truyền khung dữ liệu 40-bit kèm thuật toán kiểm tra Checksum.
  • Cảm biến ánh sáng Photodiode, cảm biến nước mưa Rain Water Sensor, cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor với hai chuẩn ngõ ra Digital (LM393) và Analog.
  • Cảm biến siêu âm HC-SR04 cùng công thức tính thời gian truyền sóng âm.
  • Bộ nguồn tổ ong 12V 5A (công suất 60W, bảo vệ quá áp, ngắn mạch), nguồn adapter 5V 2A, đèn LED 5V và động cơ bơm nước mini R385 12V (công suất 3W, lưu lượng 1–2 L/phút).

Chương 4: Giới thiệu về Webserver

Chương này cung cấp kiến thức nền tảng về phát triển ứng dụng web và máy chủ dịch vụ:

  • Định nghĩa kiến trúc Web Application gồm Web Server, Application Content và Datastore; các cơ chế kết nối cơ sở dữ liệu qua SQL (Native APIs, ODBC, JDBC).
  • Các vấn đề an toàn thông tin và lỗ hổng bảo mật của ứng dụng web bắt nguồn từ mã nguồn mở không vá lỗi hoặc thiếu quy trình kiểm thử.
  • Phân tích chi tiết các thành phần giao thức HTTP: Cấu trúc bản tin HTTP Request (các phương thức GET, POST, User-Agent, Host) và HTTP Response (mã trạng thái 200 OK, Content-Length, Content-Type, Set-Cookie).
  • Khái niệm Session, Cookies, máy chủ ủy nhiệm (Proxy Server) và tường lửa (Firewall).
  • Nguyên lý phân giải tên miền (DNS) và quá trình truyền tải dữ liệu qua cổng 80 của Web Server; so sánh các phần mềm Web Server phổ biến gồm Apache, Microsoft IIS và Sun Java System Web Server (JSWS).

Chương 5: Thiết kế mạch và chương trình điều khiển

Chương 5 trình bày việc tích hợp hệ thống phần cứng và phần mềm điều khiển:

  • Thiết lập bảng kết nối chân chi tiết giữa kit vi điều khiển ESP32 với các module cảm biến (GPIO 25, 5, 18, 34, 35, 33) và mạch Relay (mảng chân điều khiển Dev[6]).
  • Xây dựng sơ đồ khối hoàn chỉnh mô tả luồng trao đổi tín hiệu giữa khối cảm biến, khối xử lý trung tâm ESP32, khối thiết bị chấp hành và hệ thống Web Server.
  • Triển khai mã nguồn C/C++ trên Arduino IDE bao gồm: khai báo biến cấu hình chế độ hoạt động (MAN, AUTO, AUTO_T, AUTO_E), các hàm chuyên biệt để đọc và chuẩn hóa dữ liệu từ cảm biến (ReadDHT11, ReadLightSensor, ReadRainSensor, ReadSoilSensor, ReadUltraSonicDistanceSensor).
  • Trình bày hình ảnh mô hình thực nghiệm thực tế và thiết kế giao diện Web giám sát trạng thái hệ thống.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được từ quá trình chạy thử nghiệm mô hình thực tế, đánh giá ưu điểm và các điểm còn hạn chế của hệ thống, đồng thời vạch ra các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh một mô hình phần cứng thực nghiệm tích hợp vi điều khiển ESP32 với 5 loại cảm biến môi trường (DHT11, ánh sáng Photodiode, mưa, độ ẩm đất, siêu âm HC-SR04) và khối Relay 8 kênh điều khiển tải 12V/220V.
  • Hệ thống đọc và xử lý chính xác các thông số vật lý:
    • Nhiệt độ (dải 0–55°C) và độ ẩm không khí (20–90%).
    • Độ ẩm đất và cường độ ánh sáng được chuyển đổi mượt mà theo thang đo tỉ lệ 0–100% từ dữ liệu ADC 12-bit (0–4095).
    • Phát hiện trạng thái trời mưa (mức logic Digital Low/High) và tính toán khoảng cách/mực nước bồn bằng sóng siêu âm qua thời gian phản xạ xung.
  • Xây dựng thành công giao diện Web Server cho phép người dùng theo dõi trực quan dữ liệu từ xa và điều khiển bật/tắt máy bơm, đèn chiếu sáng qua mạng WiFi.

2. Ưu điểm và đóng góp của đề tài

  • Hệ thống đáp ứng đúng yêu cầu thiết kế ban đầu, thông số hiển thị rõ ràng, giúp tiết kiệm công sức lao động của con người trong việc chăm sóc cây trồng.
  • Cho phép người dùng giám sát và can thiệp điều khiển hệ thống từ bất kỳ đâu thông qua môi trường mạng WiFi.
  • Đồ án cung cấp một tài liệu tổng hợp hoàn chỉnh từ lý thuyết cảm biến, nguyên lý Web Server, sơ đồ nối chân thực tế cho đến mã nguồn lập trình mẫu trên dòng chip ESP32.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Hệ thống chưa được thử nghiệm chạy đồng thời với số lượng lớn các thiết bị cảm biến phân tán, do đó chưa đánh giá và xử lý triệt để được hiện tượng xung đột dữ liệu trên đường truyền hoặc trễ truyền nhận tín hiệu.
  • Độ chính xác đo lường của các cảm biến trong mô hình thực nghiệm (như DHT11, cảm biến độ ẩm đất dạng điện trở) ở mức cơ bản, chưa đạt độ chuẩn xác cao phục vụ quy mô công nghiệp lớn.
  • Hệ thống mới dừng lại ở phạm vi không gian phòng thí nghiệm nhỏ; chức năng tự động giám sát toàn diện thiết bị còn đơn giản.

2. Hướng phát triển đề tài

  • Mở rộng ứng dụng công nghệ điều khiển thiết bị qua WiFi của đề tài vào lĩnh vực nhà thông minh (SmartHome).
  • Tích hợp thêm nhiều loại cảm biến chuyên sâu, mở rộng các module chức năng để giám sát đa dạng các thông số môi trường và dinh dưỡng cây trồng.
  • Tích hợp thêm module truyền thông mạng di động (Module SIM/GSM) nhằm đảm bảo khả năng điều khiển, gửi tin nhắn cảnh báo trong trường hợp mất kết nối mạng WiFi cục bộ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Nông nghiệp Công nghệ cao, và IoT: Cung cấp tài liệu thực hành mạch vi điều khiển ESP32, phương pháp xử lý tín hiệu cảm biến ADC/Digital/1-Wire, và kỹ thuật ghép nối mạch công suất qua Relay.
  • Người nghiên cứu phát triển hệ thống nhúng và Smart Agriculture: Có thể tham khảo trực tiếp bảng đấu nối chân phần cứng, giải thuật chuyển đổi giá trị ADC sang phần trăm (Light, Soil), và cấu trúc mã nguồn điều khiển nhiều chế độ (Manual/Auto).
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 3 (thông số chi tiết các module cảm biến và phương pháp đọc dữ liệu), Chương 4 (tổng quan cơ chế hoạt động của HTTP Request/Response trên Web Server) và Chương 5 (bảng kết nối GPIO thực tế cùng các hàm đọc cảm biến trong Arduino IDE).

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm ESP32 đọc và phân tích khung dữ liệu từ cảm biến DHT11 như thế nào?
Cảm biến DHT11 giao tiếp với ESP32 qua 1 dây tín hiệu (nối vào GPIO 25, yêu cầu điện trở kéo lên mức cao ở trạng thái chờ). Khung dữ liệu truyền về gồm 40 bit tuần tự: 8 bit phần nguyên độ ẩm + 8 bit phần thập phân độ ẩm + 8 bit phần nguyên nhiệt độ + 8 bit phần thập phân nhiệt độ + 8 bit kiểm tra Checksum (bằng tổng cộng 4 byte đầu).

2. Công thức chuyển đổi giá trị ADC từ cảm biến ánh sáng và độ ẩm đất sang đơn vị phần trăm (%) được tính ra sao?
ESP32 có bộ chuyển đổi ADC 12-bit trả về giá trị val trong khoảng từ 0 đến 4095. Trong mã nguồn của đồ án, giá trị phần trăm cường độ ánh sáng (Light) và độ ẩm đất (Soil) được tính theo công thức:
$$\text{Giá trị (%)} = 100 - \frac{\text{val} \times 100}{4095}$$

3. Nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm HC-SR04 được triển khai trong đồ án như thế nào?
ESP32 phát một xung mức HIGH kéo dài $5,\mu\text{s}$ trên chân Trig (GPIO 5). Cảm biến phát chùm sóng siêu âm $40,\text{kHz}$ và chân Echo (GPIO 18) sẽ lên mức HIGH tương ứng với thời gian sóng đi và phản xạ trở lại. Dựa trên vận tốc âm thanh trong không khí là $340,\text{m/s}$ (tương đương $29{,}412,\mu\text{s/cm}$), thời gian đo được chia cho $29{,}412$ để thu được khoảng cách (cm).

4. Module Relay 8 kênh sử dụng mức kích nào và có thông số giới hạn tải ra sao?
Module Relay trong đồ án là loại kích mức thấp (Low - 0V đóng tiếp điểm, High - 5V ngắt tiếp điểm) có tích hợp Opto cách ly. Tiếp điểm chịu được điện áp cực đại AC 250V/10A hoặc DC 30V/10A; tuy nhiên, để đảm bảo an toàn vận hành, tác giả khuyến nghị sử dụng cho tải có công suất dưới 100W.

5. Đồ án xây dựng những chế độ điều khiển thiết bị nào trong mã nguồn?
Trong mã nguồn, tác giả định nghĩa 4 chế độ vận hành cho hệ thống thiết bị (devMode): Chế độ thủ công MAN = 0, chế độ tự động hoàn toàn AUTO = 1, chế độ tự động theo thời gian AUTO_T = 2, và chế độ tự động theo sự kiện môi trường AUTO_E = 3.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển giám sát hệ thống tưới và chiếu sáng qua Wifi" của sinh viên Thạch Khang và Nguyễn Tấn Lộc đã hoàn thành tốt mục tiêu thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm IoT ứng dụng trong quản lý vi khí hậu nhà vườn. Hệ thống tích hợp thành công vi điều khiển ESP32 với 5 khối cảm biến và mạch chấp hành Relay, hỗ trợ thu thập dữ liệu chính xác và cho phép giám sát, điều khiển máy bơm, đèn chiếu sáng qua giao diện mạng WiFi. Mặc dù còn giới hạn trong phạm vi phòng thí nghiệm và quy mô số lượng cảm biến nhỏ, đồ án đã chứng minh tính khả thi cao và tạo tiền đề vững chắc cho việc mở rộng sang các hệ thống nhà thông minh hoặc nông nghiệp công nghệ cao phân tán.