Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Nước ta là một nước nông nghiệp nhưng quy mô, chất lượng và sản lượng của nước ta nhiều năm nay vẫn thấp hơn các nước khác. Nguyên nhân chính là công nghệ sản xuất còn lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân. Mô hình nhà kính đã được nước ta thực hiện từ năm 2001 và tính đến nay đã có hàng trăm mô hình được triển khai.
Đặc biệt là sự bùng nổ về công nghệ Internet of Things (IoT) là tiền đề để hoàn thiện mô hình này, làm tăng sự linh hoạt, thích ứng với mọi điều kiện thời tiết, giảm thiểu tối đa nguồn nhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường phù hợp nhất với cây trồng. Trên cơ sở và yêu cầu thực tế, cũng như xu hướng phát triển của công nghệ mà nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IOTS”. Mô hình sử dụng các loại cảm biến như cảm biến mưa, FC28, DHT22, BH1750 để thu thập dữ liệu về bộ xử lý trung tâm là board Arduino Mega 2560 sau khi xử lý sẽ hiển thị trên màn hình cảm ứng HMI UART LCD. Cùng với công nghệ IoT để tạo ra một mô hình nuôi trồng giám sát và điều khiển chặt chẽ mọi lúc mọi nơi.
MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI a. Mục đích Thiết kế và thi công mô hình trồng cà chua nhà kính. Điều khiển được các thiết bị như quạt, đèn, máy bơm, động cơ bằng màn hình cảm ứng. Ngoài ra hệ thống còn có khả năng giám sát từ xa, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, và thông báo có mưa hay không.
Hệ thống sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời và hoạt động ở hai chế độ AUTO và MANUAL. Hạn chế đề tài Chọn cây Cà Chua làm đối tượng nghiên cứu. Đồ án dừng ở mức mô hình học tập. Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài x rộng x cao là 80x50x50cm.
NỘI DUNG THỰC HIỆN Thiết kế sơ đồ khối cho toàn hệ thống. Thiết kế và thi công mạch nguồn cho hệ thống. 18 do an Viết chương trình đo thông số của vườn cây: đo độ ẩm của đất dùng cảm biến FC28, đo nhiệt độ, độ ẩm dùng cảm biến DHT22. Thực hiện chạy chương trình đo các cảm biến ngõ vào với board Arduino Mega 2560.
Thiết kế và lập trình giao tiếp module ESP8266 để nhập và gửi dữ liệu. Thiết kế và lập trình web để có thể quản lý theo dõi thông tin dữ liệu. Thiết kế giao diện giao tiếp với người dùng qua màn hình cảm ứng. Thiết kế mạch công suất ngõ ra.
Tiến hành tổng hợp kết nối các khối lại vào trong mô hình. Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình của các thiết bị. Thi công mô hình và cân chỉnh. Chạy thử và hiệu chỉnh.
19 do an Chương 2. MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH Hiện nay mô hình trồng rau nhà kính phát triển mạnh trên nhiều quốc gia trên thế giới và cả ở Việt Nam, trong đó có một số mô hình được đánh giá cao mà ta không thể bỏ qua. Mô hình nhà lưới kín Loại nhà lưới được phủ kín hoàn toàn bằng lưới cả trên mái cũng như xung quanh, có cửa ra vào cũng được phủ kín bằng lưới.Thường có kiểu mái bằng hoặc nghiêng sang hai bên. Khung nhà lưới được làm bằng cột bê tông hoặc bộ khung bằng sắt.
Ưu điểm: - Tận dụng được các khung sắt và cột bê tông cho các mùa vụ tiếp theo. - Tác dụng che chắn và đảm bảo môi trường bên trong nhà lưới là tách biệt và không chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh. - Khắc phục được phần nào yếu tố địa lý đối với đặc thù trồng rau. - Thích hợp với hầu hết loại rau đặc biệt làcác cây có khả năng chống chọi với điều kiện tự nhiên tương đối yếu.1: Mô hình nhà lưới kín Nhược điểm: - Chí phí đầu tư ban đầu lớn.
- Cần khoảng đất rộng gần nguồn nước, môi trường tự nhiên khộng quá khắc nghiệt với cây trồng. 20 do an - Mầm bệnh dễ tồn tại nếu không có quá trình xen canh cây trồng khác hoặc khoảng cách giữa các vụ ngắn. - Vật liệu dệt lưới thường không có chất lượng quá tốt chỉ đáp ứng được việc sử dụng trong vòng 6-8 tháng. Mô hình nhà lưới hở Mô hình trồng rau này chỉ được che chắn trên mái hoặc một phần bao xung quanh chủ yếu để giảm bớt tác hại của mưa gió giúp cho cây trồng được cả vào mùa mưa.
Thiết kế rất đơn giản với kiểu mái bằng hoặc mái nghiên hai bên, khung cũng làm bằng cột bê tông hoặc khung sắt hàn, bắt ốc vít.2: Mô hình nhà lưới hở Ưu điểm: - Mô hình sử dụng ít chi phí. - Chống chọi được các điều kiện thời tiết như mưa gió, ngăn cản được các loài động vật chăn thả tự do. Nhược điểm: - Không thể ngăn chặn các loài côn trùng, - Cũng giống nhà lưới kín không có khả năng tự cung cấp nguồn năng lượng, vận hành, chăm sóc, giám sát vẫn phải sử dụng yếu tố con người là chính, gây khó khăn cho người không có kinh nghiệm về trồng trọt. Mô hình trồng rau trong hộ gia đình Mô hình trồng rau hộ gia đình, đặc điểm riêng của mỗi nhà, khoảng không nên mô hình rất đa dạng thiết kế, lắp đặt từ đơn giản đến phức tạp để đáp ứng với nhu cầu của hộ gia đình.
Một số hình thức phổ biến như: trồng trong thùng phuy, trong ống nhựa, thùng xốp. Quy mô nhỏ, nên chỉ đáp ứng được nhu cầu sử dụng của gia đình, năng suất thường không 21 do an cao, không sử dụng các thiết bị điện tử và tự động nên trong đề tài này sẽ không xét tới mô hình trồng rau này.3:Mô hình trồng rau nước sâu 2. INTERNET OF THINGS Internet of Things (IoT) được đưa ra vào năm 1999 bởi Kevin Ashton, ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT. IoT là mạng lưới thiết bị kết nối Internet và cũng là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại, các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. 22 do an Hình 2.
Sơ đồ khối một hệ thống IoT cơ b bản Ứng dụng củaa IoT: Những ứng dụng đầầu tiên của IoT thường được phát triển vềề việc điểu khiển các thiết bị qua mạng Internet bao gồồm cả thiết bị công cộng và thiết bị gia đình. Trong các tư liệu vềề IoT, người ta thường nhắc đến một chiếcc máy bán nư nước giải khát tự động tại trường Đại họcc Carnegie Mellon (Mỹ)(M vào đầu những ng năm 1980 như là m một thiết bị đầu tiên mở màn cho xu hướng hư này, chiếc máy được lập trình đểể có thể kết nối với người điều khiểnn qua Internet, nhằm nh kiểm tra tình trạng của máy và bổ sung nưnước khi cần thiết mà không cần sự tiếp xúc kiểm m tra trực tr tiếp. NHỮNG CHUẨN N TRUYỀN TRUY DỮ LIỆU Truyền dữ liệuu là cách mà các thiết thi bị có giao tiếp, trao đổii thông tin vvới nhau. Có hai cách để truyền dữ liệuu đó là truyền truy dữ liệu nối tiếp và truyền dữ liệệu song song, mặc dù chỉ có hai cách truyền dữ liệuu nhưng lại l có rất nhiều chuẩn truyền dữ li liệu, một số chuẩn truyền dữ liệu phổ biến hiệnn nay đó là One-Wire, UART, I2C.
Chuẩn giao tiếp I2C I2C là một chuẩnn truyền truy nối tiếp theo mô hình chủ-tớ. Mộtt thi thiết bị chủ có thể điều khiển được nhiều thiết bị tớ.t Muốn giao tiếp với thiết bị nào, thiếtt bbị chủ phải gửi đúng địa chỉ của thiết bị đó rồi mớii được đư phép ghi và đọc dữ liệu.5:Giao tiếp I2C 23 do an Giao tiếp I2C gồm m 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA là đư đường truyền dữ liệu 2 hướng, ng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và ch chỉ theo một hướng. Khi một thiết bị ngoại vi kết nốối vào vào đường I2C thì chân SDA sẽ nốii vvới dây SDA, chân SCL sẽ nối vào dây SCL củaa bus.
Chuẩn giao tiếp p One-Wire One One-Wire là một hệệ thống bus giao tiếp với thiết bị đượcc thithiết kế bởi Dallas, chuẩn này cung cấp cả dữ liệu tốốc độ thấp, truyền tín hiệu, và nguồnn nuôi qua cùng m một chân tín hiệu đơn. One-Wire cũngũng tương t tự như I2C, nhưng với tốc độ truyềền dữ liệu thấp và khoảng cách xa hơn, nó thườngng được đư sử dụng để giao tiếp với các thiết bị nh nhỏ giá rẻ như nhiệt kế kĩ thuật số và công cụ đo thờ ời tiết. Một mạng lưới của các thiết bị One One-Wire với một thiết bị điều khiển chính được gọii là một m MicroLAN. Một tính năng đặcc biệt bi của bus là khả năng chỉ sử dụng ng hai dây tín hi hiệu: Data và Gnd.
Để thực hiện điềuu này, các thiết thi bị One-Wire bao gồm một tụ điệnn 800pF đđể trữ điện, và cung cấp nguồn trong quá trình đường đư Data đang hoạt động.6:Giao tiếp One-Wire 2. Chuẩn giao tiếp p UART UART là kiểu truyềền thông tin nối tiếp không đồng bộ, thườ ờng là một mạch tích hợp được sử dụng trong việcc truyền truy dẫn dữ liệu nối tiếp giữaa máy tính và các thi thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đãđ được tích hợp UART, UART thườ ờng được dùng trong máy tính công nghiệp, truyềnn thông, vi điều đi khiển, hay một số các thiết bịị truyền tin khác. Mục đích củaa UART là để đ truyền tín hiệu qua lại lẫnn nhau (ví ddụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem và ngượcngư lại), truyền từ vi điều khiển tớii vi đi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.