Chương 1: Tổng quan: Trong chương này, nhóm trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu về các công nghệ hiện nay. Mục tiêu, đối tượng và mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu sơ lược về các linh kiện nhóm em đã sử dụng bao gồm ESP8266, Temperature sensor DHT11, Cảm biến độ ẩm, cảm biến cường độ ánh sáng BH1750, ma trận phím 4x4, GLCD, relay 2 kênh, relay 1 kênh, ESP 32 cam, …. Chương 3: Thiết kế và thi công: Trong chương này, nhóm sẽ đưa ra các yêu cầu khi thiết kế, các thiết kế về phần cứng và phần mềm.
Chương 4: Kết quả thi công: Trong chương này, nhóm sẽ đưa ra kết quả mà đạt được, video, hình ảnh hệ thống sau khi thi công. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Trong chương này, nhóm sẽ đưa ra kết luận, những hạn chế và hướng phát triển của đề tài. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mô hình Iots ứng dụng trong nông nghiệp Nông nghiệp thông minh là một hệ thống ứng dụng các công nghệ cao và hiệu quả để làm nông nghiệp và trồng thực phẩm sạch một cách hiệu quả. Nó là một ứng dụng của việc triển khai các thiết bị kết nối và công nghệ sáng tạo với nhau vào nông nghiệp.
Nông nghiệp thông minh chủ yếu phụ thuộc vào IoT, do đó hạn chế nhu cầu lao động chân tay của nông dân và người trồng trọt hết sức có thể nhờ vậy tăng năng suất theo mọi cách có thể. Với xu hướng nông nghiệp hiện nay phụ thuộc vào Internet of Things đã mang lại thêm nhiều lợi ích to lớn như sử dụng nước hiệu quả, tối ưu hóa đầu vào và nhiều lợi ích khác. Điều tạo nên sự khác biệt là những lợi ích to lớn và thứ đã trở thành một nền nông nghiệp được cách mạng hóa trong những năm gần đây. Nông nghiệp thông minh dựa trên IoT cải thiện toàn bộ hệ thống nông nghiệp bằng cách giám sát đồng ruộng trong thời gian thực.
Với sự trợ giúp của các cảm biến và khả năng kết nối lẫn nhau, Internet of Things trong Nông nghiệp không chỉ tiết kiệm thời gian của người nông dân mà còn giảm thiểu việc sử dụng lãng phí các nguồn tài nguyên như nước và điện. Nó giữ cho các yếu tố khác nhau như độ ẩm, nhiệt độ, độ ẩm đất, v. được kiểm tra và cho phép quan sát thời gian thực rõ ràng.1 Mô hình IoT ứng dụng trong nông nghiệp 2.1 Điều kiện khí hậu Khí hậu đã và đang đóng một vai trò hết sức quan trọng đối với canh tác và việc tìm 4 hiểu các thông tin không đúng về khí hậu sẽ làm suy giảm nghiêm trọng số lượng và chất lượng của nông sản. Nhưng các giải pháp IoT hiện nay cho phép chúng ta biết điều kiện thời tiết theo thời gian thực.
Các cảm biến được đặt bên trong và bên ngoài các cánh đồng nông nghiệp giúp thu thập các dữ liệu từ môi trường được sử dụng nhằm chọn loại cây trồng phù hợp có thể phát triển hiệu quả trong từng điều kiện khí hậu cụ thể. Toàn bộ hệ sinh thái IoT được tạo thành từ các cảm biến có thể nhận biết các điều kiện thời tiết theo thời gian thực như độ ẩm, lượng mưa, nhiệt độ và có đô chính xác tốt hơn. Có rất nhiều các cảm biến có sẵn để phát hiện tất cả các thông số này và định cấu hình phù hợp để phù hợp với yêu cầu canh tác thông minh của nhóm em. Các cảm biến này giám sát tình trạng của cây trồng và thời tiết xung quanh chúng.
Nếu nhận thấy bất kỳ điều kiện thời tiết bất lợi nào xảy ra, thì các cảnh báo sẽ được gửi đến cho người nông dân.2 Canh tác hiệu quả Nông nghiệp chính xác, canh tác hiệu quả là một trong những ứng dụng được nhiều người biết đến nhất của IoT trong nông nghiệp. Nó làm cho canh tác chính xác hơn, hiệu quả hơn và được kiểm soát bằng cách hiện thực hóa các ứng dụng nông nghiệp thông minh như giám sát vật nuôi, theo dõi xe cộ, quan sát hiện trường và giám sát hàng tồn kho. Mục tiêu của canh tác hiệu quả là phân tích dữ liệu, được tạo ra thông qua cảm biến, để đưa ra các hoạt động phù hợp. Canh tác hiệu quả giúp người nông dân tạo dữ liệu với sự trợ giúp từ các cảm biến và phân tích thông tin đó để đưa ra các quyết định phù hợp và nhanh chóng.
Có rất nhiều kỹ thuật canh tác hiệu quả như quản lý thủy lợi, quản lý vật nuôi, theo dõi phương tiện và nhiều kỹ thuật khác đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hiệu suất và hiệu quả. Với sự trợ giúp của canh tác hiệu quả, chúng ta có thể phân tích các dữ liệu đất và các thông số liên quan khác để tăng hiệu quả hoạt động. Không chỉ vậy, chúng ta còn có thể phát hiện điều kiện làm việc theo thời gian thực của các thiết bị được kết nối để phát hiện nước và mức dinh dưỡng.3 Giám sát nhà kính Để làm cho nhà kính của nhóm em trở nên hiệu quả, IoT đã cho phép các trạm thời tiết tự động điều chỉnh các điều kiện khí hậu theo một bộ hướng dẫn cụ thể. Việc áp dụng IoT trong nhà kính đã hạn chế hết sức có thể các hành động của người nông dân, do đó làm cho toàn bộ quy trình tiết kiệm chi phí và đồng thời tăng độ chính xác, hiệu quả.
Ví dụ, sử dụng 5 các cảm biến IoT chạy bằng năng lượng mặt trời nhằm xây dựng các nhà kính hiện đại và phù hợp với túi tiền hơn. Các cảm biến ấy thu thập và truyền dữ liệu đúng với thời gian thực giúp theo dõi trạng thái nhà kính rất chính xác trong thời gian thực. Với sự hỗ trợ từ các cảm biến, lượng nước tiêu thụ và trạng thái nhà kính có thể được theo dõi qua web, tưới tiêu tự động và hiệu quả được thực hiện với sự trợ giúp của IoT. Các cảm biến này giúp cung cấp thông tin về mức áp suất, độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng.2 Mô hình IoT nhà kính 2.4 Phân tích dữ liệu Hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường không đáp ứng đủ dung lượng lưu trữ cho dữ liệu được thu thập từ các cảm biến IoT.
Lưu trữ các dữ liệu thông tin dựa trên nền tảng cloud và nền tảng IoT đầu cuối đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống nông nghiệp. Các hệ thống này được ước tính đóng một vai trò quan trọng để có thể đưa ra và thực hiện các hành động đem lại kết quả tốt hơn. Trong thế giới IoT, cảm biến chính là nguồn thu thập dữ liệu chính trên quy mô lớn. Dữ liệu được phân tích và chuyển đổi thành thông tin hữu ích bằng cách sử dụng các công cụ phân tích.
Phân tích dữ liệu góp một phần không nhỏ nhằm giúp phân tích 6 điều kiện thời tiết, điều kiện chăn nuôi và điều kiện cây trồng. Dữ liệu thu thập được đã thúc đẩy những sự đổi mới về công nghệ và do đó đưa ra các quyết định tốt hơn. Với sự trợ giúp của các thiết bị IoT, người nông dân có thể hiểu và biết các trạng thái ứng với thời gian thực của cây trồng bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến. Sử dụng các phân tích mang tính dự đoán, người nông dân có thể hiểu rõ hơn để đưa ra quyết định tốt hơn liên quan đến việc thu hoạch.
Phân tích xu hướng giúp người nông dân biết được điều kiện thời tiết sắp tới và thu hoạch cây trồng. IoT trong ngành nông nghiệp đã và đang giúp người nông dân nâng cao chất lượng cây trồng và độ phì nhiêu của đất, do đó nâng cao sản lượng và chất lượng nông sản.2 Các chuẩn truyền dữ liệu trong Iots 2.1 Chuẩn giao tiếp SPI Giao tiếp ngoại vi nối tiếp hoặc SPI (Serial Peripheral Interface) là một chuẩn đồng bộ nối tiếp để truyền dữ liệu ở chế độ song công toàn phần (full – duplex) tức trong cùng một thời điểm có thể xảy ra đồng thời quá trình truyền và nhận. Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI) là một loại giao thức kiểu Master – Slave cung cấp một giao diện chi phí đơn giản và chi phí thấp giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi của nó.3 Hình minh họa giao tiếp SPI Trong đó: + MOSI (đầu ra master/đầu vào slave) - đường truyền cho master gửi dữ liệu đến slave. + MISO (đầu vào master/đầu ra slave) - đường cho slave gửi dữ liệu đến master.
+ SCLK (clock) - đường cho tín hiệu xung nhịp. + SS/CS (Slave Select/Chip Select) - đường cho master chọn slave nào để gởi tín hiệu. 7 Xung Nhịp Tín hiệu xung nhịp đồng bộ hóa đầu ra của các bit dữ liệu từ master để lấy mẫu các bit của slave. Một bit dữ liệu được truyền trong mỗi chu kỳ xung nhịp, do đó tốc độ truyền dữ liệu được xác định bởi tần số của tín hiệu xung nhịp.
Giao tiếp SPI được khởi tạo bởi master kể từ khi master cấu hình và tạo ra tín hiệu xung nhịp. Bất kỳ giao thức giao tiếp nào mà các thiết bị chia sẻ tín hiệu xung nhịp thì đều được gọi là đồng bộ. SPI là một giao thức giao tiếp đồng bộ. Ngoài ra còn có các phương thức không đồng bộ không sử dụng tín hiệu xung nhịp.
Ví dụ, trong giao tiếp UART, cả hai bên đều được đặt thành tốc độ truyền được cấu hình sẵn để chỉ ra tốc độ và thời gian truyền dữ liệu. Tín hiệu xung nhịp trong SPI có thể được sửa bằng cách sử dụng các thuộc tính của phân cực xung nhịp và pha xung nhịp. Hai thuộc tính này làm việc cùng nhau để xác định khi nào các bit được xuất ra và khi được lấy mẫu. Phân cực xung nhịp có thể được thiết lập bởi master để cho phép các bit được xuất ra và lấy mẫu trên cạnh lên hoặc xuống của chu kỳ xung nhịp.
Pha xung nhịp có thể được đặt để đầu ra và lấy mẫu xảy ra trên cạnh đầu tiên hoặc cạnh thứ hai của chu kỳ xung nhịp, bất kể nó đang tăng hay giảm. Slave select Master có thể chọn slave mà nó muốn giao tiếp bằng cách đặt đường CS/SS của slave ở mức điện áp thấp. Ở trạng thái idle, không truyền tải, dòng slave select được giữ ở mức điện áp cao. Nhiều chân CS/SS có thể có sẵn trên thiết bị master cho phép đấu dây song song nhiều slave.
Nếu chỉ có một chân CS/SS, nhiều slave có thể được kết nối với master bằng cách nối chuỗi.