Chương 1: Tổng quan Dẫn nhập vào lý do chọn đề tài, trình bày các vấn đề liên quan. Nêu lý do chọn đề tài cùng mục tiêu và nội dung thực hiện dựa trên bố cục bài báo cáo. ● Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các lý thuyết cơ bản của ứng dụng IoT trong nông nghiệp nói chung và chăn nuôi gia cầm nói riêng. Giới thiệu các chuẩn truyền thông, truyền dữ liệu trong ứng dụng IoT.
Đặc biệt là giữa Firebase liên kết dữ liệu qua app điện thoại cùng hệ thống liên quan. ● Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống Giới thiệu và trình bày yêu cầu công năng và yêu cầu kỹ thuật để từ đó đi đến thực hiện thiết kế mô hình tổng thể và sơ đồ khối. Thực hiện vẽ sơ đồ nguyên lý, phân tích chức năng từng khối để chọn linh kiện phù hợp với yêu cầu người dùng. 3 Tiến hành thi công phần cứng.
Vẽ lưu đồ và lập trình cho các thiết bị đúng với yêu cầu sử dụng của người dùng. Ngoài ra, thiết kế ứng dụng trên điện thoại để người dùng dễ dàng quan sát, theo dõi và thao tác sử dụng. ● Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá Đưa ra những kết quả đạt được. Nêu nhận xét và đánh giá dựa trên quá trình thực hiện.
● Chương 5: Kết luận và định hướng phát triển Trình bày kết luận và định hướng để cải tiến, phát triển đồ án hoàn thiện hơn. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Mô hình IoT trong nông nghiệp Nông nghiệp thông minh dựa trên công nghệ IoT giúp cải thiện toàn bộ hệ thống nông nghiệp bằng cách giám sát một cánh đồng hay một trang trại theo thời gian thực. Việc giám sát này được hiểu rằng, người dùng có thể quan sát và nắm bắt mọi hoạt động từ một điểm ở xa.
Với sự trợ giúp của các cảm biến và khả năng kết nối cùng IoT trong nông nghiệp, người nông dân không chỉ tiết kiệm được thời gian mà còn giảm việc sử dụng quá mức các nguồn tài nguyên như nước và điện. Bên cạnh đó, nhờ việc phát triển các công nghệ cảm biến, IoT trong nông nghiệp đã làm thay đổi nhiều phương pháp mang tính truyền thống, loại bỏ đi những yếu tố không còn áp dụng được tốt ở thời điểm nuôi trồng. 1 Mô hình minh họa hệ thống IoT trong nông nghiệp Thông thường thì người dùng sẽ điều khiển các thiết bị điện tử, hay hệ thống cảm biến độ ẩm, nhiệt độ… qua thiết bị trung gian tích hợp công nghệ IoT hay trên một ứng dụng điện thoại cụ thể được liên kết. Các chuẩn truyền thông Mỗi giao thức IoT cho phép giao tiếp giữa thiết bị với thiết bị, giữa thiết bị với cổng hoặc giữa thiết bị với đám mây/trung tâm dữ liệu.
Đặc biệt phải kể đến là chuẩn truyền thông không dây. Đó là một phương pháp truyền thông tin từ nơi này sang nơi khác hoặc thiết bị này sang thiết bị khác mà không sử dụng bất kỳ phương tiện vật lý nào như dây cáp. Chúng ta có thể hiểu việc sử dụng công nghệ không dây trong IoT bằng sơ đồ khối sau: Hình 2. 2 Giao tiếp trong một mạng IOT Công nghệ không dây đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của IoT trong những năm qua.
Công nghệ không dây đã giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và do đó đáp ứng mục đích của công nghệ IoT. Ngoài ra, dựa trên các ứng dụng khác nhau, yêu cầu băng thông, phạm vi, bảo mật, mức tiêu thụ năng lượng, dung lượng và tiêu chuẩn, chúng ta có thể chọn một giao thức truyền thông không dây phù hợp. [2] Có thể xem xét một số giao thức truyền thông không dây được sử dụng rộng rãi cùng công nghệ IoT hiện nay: ● Chuẩn Bluetooth (Bluetooth Low Energy) Đây là công nghệ không dây phổ biến nhất được sử dụng cho liên lạc tầm ngắn. Truyền tệp từ thiết bị này sang thiết bị khác.
Loa không dây, tai nghe có thể nói là một số ứng dụng của bluetooth. Đây là giải pháp thay thế tốt nhất cho cáp được sử dụng để kết nối máy in, máy fax, bàn phím. 6 Thông tin kỹ thuật cơ bản về Bluetooth: - Tần số: 2. - Dữ liệu truyền được: 1Mbps.
Một số ứng dụng cụ thể của BLE nổi bật hiện tại là: - Máy theo dõi thể dục (chẳng hạn như Fitbit, Misfit,. - Đồng hồ thông minh (chẳng hạn như Apple Watch, Moto 360 và Pebble). Đặc trưng: - Loại mạng: WPAN (Mạng khu vực cá nhân không dây). - Công nghệ: Truyền dẫn vô tuyến.
- Tiêu chuẩn: IEEE. - Hướng truyền thông: Hai chiều. - Tần số: 2,4 GHz. - Công suất truyền tải: 10 MW.
- Phạm vi: Gần Khoảng 10m. - Phạm vi dữ liệu: 1,2,3, Mbps. Thuận lợi: - Khả năng tương thích: cao - Kết nối không dây tiện dụng Thuận lợi: - Thường tiêu tốn năng lượng hơn thiết bị có dây ● RFID (Hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến) 7 Đây là công nghệ sử dụng sóng điện từ để thu thập dữ liệu kỹ thuật số và để xác định hoặc theo dõi các thẻ. Nó bao gồm một bộ phát đáp tín hiệu (thẻ), một đầu đọc và một ăng-ten.
Chủ yếu có hai loại thẻ chủ động và thụ động. Các thẻ thụ động thiếu khả năng tính toán trong khi các thẻ chủ động có thể cảm nhận các kênh một cách dễ dàng. Đầu đọc bao gồm một bộ dò tín hiệu hoặc một bộ thu phát gửi tín hiệu kích hoạt các thẻ. Ăng-ten được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu.
Nó có nhiều ứng dụng khác nhau trong các lĩnh vực nông nghiệp, quốc phòng, theo dõi, giao dịch không dùng tiền mặt, … Đặc trưng - Mạng: điểm tới điểm. - Công nghệ: tự động nhận dạng và truyền dữ liệu. - Tiêu chuẩn: chứng nhận ISO. - Hướng truyền thông: một chiều.
- Tần số: LF/HF/UHF/Vi sóng. - Sử dụng năng lượng: thay đổi theo tần số. - Phạm vi lên tới 100 M. - Tốc độ dữ liệu thay đổi theo tần suất.
Thuận lợi - Bền bỉ, ngoài ra nn toàn hơn nhiều so với mã vạch. Nhược điểm - Giá thành cao. - Kim loại được sử dụng có thể tạo nhiễu tín hiệu. ● ZigBee (Giao tiếp không dây) Zigbee là một trong những công nghệ không dây có cơ sở người dùng rộng lớn và nó giải quyết các nhu cầu về công suất thấp, chi phí thấp.
Đây là một giao thức truyền thông cấp cao. Nó bao gồm một hệ thống vô tuyến kỹ thuật số công suất thấp hơn và được 8 sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa gia đình, thu thập dữ liệu y tế hoặc bất kỳ dự án quy mô nhỏ nào có yêu cầu băng thông thấp. Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, các ứng dụng của ZigBee là trong hệ thống quản lý giao thông, công tắc đèn. Nó được bảo mật bằng công nghệ AES-128 và có mức tiêu thụ điện năng tối thiểu.
Đặc trưng - Loại mạng: WPAN (Mạng khu vực cá nhân không dây). - Tiêu chuẩn: IEEE 802. - Hướng truyền thông: hai chiều. - Tần số: 2,4 GHz.
- Năng lượng sử dụng: sử dụng năng lượng thấp. - Phạm vi hoạt động: 10-100m. - Tốc độ dữ liệu: 250 Kbps. Thuận lợi - Yêu cầu điện năng thấp.
- Giá thành thấp. - Cấu trúc mạng linh hoạt. - Dễ dàng thực hiện và cài đặt. Nhược điểm - Tốc độ truyền dữ liệu thấp.
- Rủi ro cho việc sử dụng thông tin cá nhân. - Băng thông thấp. Một số các phiên bản Zigbee: - Zigbee 2004(1.0): Được biết là phiên bản đầu tiên và đến nay thì phiên bản này không có khả năng tương thích ngược với các chuẩn Zigbee đang phát triển trên thị trường. 9 - Zigbee 2006: Đây là phiên bản có thể tương thích ngược với Zigbee 2007.
- Zigbee RF4CE: Được coi là một trong những phiên bản phát triển về sau với những ưu điểm vượt trội, sử dụng với chức năng điều khiển từ xa cho phép các thiết bị điều khiển hay các đồ dùng điện tử thông dụng. ● Wi-Fi (Wireless Fidelity) Wifi là một trong những công nghệ truyền thông không dây nhanh và dễ dàng nhất. Nó là sự lựa chọn của nhiều nhà phát triển do có nhiều ưu điểm khác nhau. Wireless Fidelity cho phép truy cập Internet cũng như kết nối các thiết bị trong một phạm vi cụ thể như: máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, máy tính xách tay, máy in.
Địa chỉ IP sẽ tự động được phân bổ cho các thiết bị không dây bằng giao thức DHCP. Chính vì những lý do trên, nhóm đã quyết định chọn chuẩn giao tiếp này để phù hợp với yêu cầu hệ thống. Đặc trưng: - Loại mạng: LAN (Mạng cục bộ). - Công nghệ: Truyền thanh truyền thống.
- Tiêu chuẩn: IEEE 802. - Truyền thông: Hướng hai chiều. - Tần số: 2,4 GHz hoặc 5GHz. - Sử dụng năng lượng: Trung bình.
- Phạm vi: Lên đến 50 M. Ưu điểm: - Hiệu quả về chi phí - Thuận tiện - Dễ sử dụng Nhược điểm - Tiêu thụ điện năng nhiều hơn 10 - Bảo mật cấp thấp 2. Một số chuẩn truyền thông dữ liệu. Giao tiếp I2C Giao tiếp I2C đã làm rất tốt vai trò của nó khi kết hợp các ưu điểm, tính năng tốt nhất của SPI và UART.
Đối với I2C, người dùng có thể dễ dàng kết nối nhiều slaves chỉ với một master duy nhất (như SPI) hoặc người dùng cũng có thể sử dụng nhiều master để thực hiện điều khiển một hoặc nhiều slave. Điều này được coi là vô cùng hữu ích khi người dùng muốn có nhiều bộ vi điều khiển để ghi dữ liệu cho một thẻ nhớ hoặc sử dụng để hiển thị văn bản trên một màn hình LCD. Khá tương tự với giao tiếp UART, I2C chỉ sử dụng hai dây để truyền dữ liệu giữa các thiết bị: Hình 2. 3 Sơ đồ kết nối giao thức I2C - SDA: Dòng để master và slave gửi nhận dữ liệu.
- SCL: Dòng mang tín hiệu xung clock. I2C có khả năng đồng bộ tương tự như SPI. Nhờ đó, đầu ra của các bit sẽ có thể đồng bộ hóa với việc lấy mẫu các bit bằng tín hiệu xung clock và được chia sẻ giữa các master và slave. Master đóng vai trò quan trọng khi trực tiếp điều khiển tín hiệu xung clock.
4 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi [3] Một số những đặc điểm của chuẩn giao tiếp I2C: - Thông thường giao tiếp I2C sẽ gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). Cách thức hoạt động của SDA sẽ là đường truyền dữ liệu theo 2 hướng, còn đối với SCL thì sẽ là đường truyền xung clock để có thể dễ dàng đồng bộ và chỉ theo một hướng.