Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Lora để giám sát và điều khiển hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp

• Tác giả: Th.S Bùi Văn Điệp
• Trường học: Trường Đại học Hải Phòng
• Chuyên ngành: Khoa Điện – Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Lora Trong Giám Sát Hệ Thống Tưới Tiêu Nông Nghiệp
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài NCKH
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hải Phòng

• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LORA TRONG NÔNG NGHIỆP
• 1.1. Công nghệ Lora ứng dụng trong nông nghiệp
• 1.1.1. Giới thiệu về công nghệ LoRa
• 1.1.2. Ứng dụng công nghệ LoRa trong nông nghiệp hiện nay
• 1.1.3. Áp dụng công nghệ LORA vào mô hình nông nghiệp tại Việt Nam
• 1.1.4. Đặc điểm của mô hình tưới tiêu
• 1.1.5. Áp dụng vào mô hình tưới tiêu
• 1.1.6. Yêu cầu của hệ thống
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CẤU HÌNH HỆ THỐNG
• 2.1. Cấu hình hệ thống điều khiển giám sát trong nông nghiệp
• 2.2. Các tiêu chí lựa chọn cấu hình hệ thống
• 2.3. Đề xuất cấu hình hệ thống
• 2.4. Slave cống số 1 và 2
• 2.5. Gateway và Master trạm bơm
• 2.6. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
• 2.6.1. Bộ điều khiển trung tâm ESP32 DEVKIT V1
• 2.6.2. Module Lora SX1278
• 2.6.3. Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22
• 2.6.4. Relay đảo chiều động cơ
• 2.6.5. Cảm biến siêu âm HC-SR04
• 2.6.6. Động cơ giảm tốc JGY370
• 2.6.7. Công tắc hành trình
• 2.6.8. Tấm pin năng lượng mặt trời
• 2.6.9. Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời
• 2.6.10. Role nhiệt MT-32 LS
• 2.6.11. Bộ nguồn Smun
• 2.6.12. Công tắc xoay LA38-11X/2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG LORA
• 3.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển trạm bơm
• 3.2. Thiết kế phần cứng
• 3.3. Sơ đồ nguyên lý điều khiển Slave 1, Slave 2
• 3.4. Lắp ráp và hoàn thiện phần cứng
• 3.5. Mạch in một lớp
• 3.6. Lắp thiết bị và kiểm tra mạch điện
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ GHÉP NỐI THỬ NGHIỆM
• 4.1. Khối Master trạm bơm. Khối Slave cống số 01, 02
• 4.2. Giám sát và điều khiển
• 4.2.1. Giám sát và điều khiển trên phần mềm Blynk V2
• 4.2.2. Cài đặt phần mềm Blynk
• 4.2.3. Điều khiển và giám sát trên WebServer
• 4.3. Quy trình ghép nối
• 4.4. Khảo sát và lập kế hoạch
• 4.5. Cài đặt và cấu hình phần cứng
• 4.6. Kết nối truyền thông
• 4.7. Cài đặt phần mềm và hệ thống giám sát
• 4.8. Kiểm tra và hiệu chỉnh
• 4.9. Vận hành và bảo trì. Chạy thử nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về công nghệ Lora trong nông nghiệp

Công nghệ Lora (Long Range Radio) đã trở thành một giải pháp tiên tiến trong việc giám sát và điều khiển hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp. Với khả năng truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa mà không cần sử dụng các mạch khuếch đại công suất, công nghệ Lora giúp tiết kiệm năng lượng, đồng thời mở rộng khả năng kết nối cho các thiết bị cảm biến. Theo nghiên cứu, hệ thống tưới tiêu sử dụng công nghệ này cho phép giám sát từ xa, cung cấp dữ liệu thời gian thực về tình trạng đất và cây trồng, từ đó giúp nông dân đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc tưới tiêu. Việc áp dụng công nghệ IoT trong nông nghiệp thông minh đã được chứng minh là có thể nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước, giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa quy trình sản xuất nông nghiệp. Đặc biệt, hệ thống cảm biến không dây giúp theo dõi các thông số môi trường như độ ẩm, nhiệt độ và độ pH của đất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh lượng nước tưới kịp thời.

1.1. Giới thiệu về công nghệ LoRa

LoRa được phát triển bởi Cycleo và sau đó được Semtech mua lại, công nghệ này hoạt động trên các băng tần vô tuyến miễn phí và có khả năng truyền dữ liệu ở khoảng cách lên tới hàng km. Đặc điểm nổi bật của công nghệ Lora là khả năng tiêu thụ năng lượng thấp, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng nông nghiệp nơi mà việc duy trì nguồn năng lượng cho các thiết bị cảm biến là cần thiết. Hệ thống có thể được triển khai một cách linh hoạt và dễ dàng, nhờ vào khả năng mở rộng và tính linh hoạt của mạng cảm biến không dây. Việc sử dụng cảm biến Lora trong nông nghiệp không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả quản lý nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng.

II. Nghiên cứu đề xuất cấu hình hệ thống

Đề tài này tập trung vào việc thiết kế và cấu hình một hệ thống tưới tiêu hiện đại sử dụng công nghệ Lora. Các thành phần chính của hệ thống bao gồm trạm bơm, các cống và các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. Cấu hình hệ thống được thiết kế để tối ưu hóa việc quản lý nước, giúp nông dân có thể điều khiển và giám sát từ xa thông qua ứng dụng di động hoặc web. Việc lựa chọn thiết bị cho hệ thống được thực hiện dựa trên các tiêu chí như độ tin cậy, khả năng tương thích và chi phí. Các thiết bị như Module Lora SX1278, cảm biến DHT22 và ESP32 DEVKIT V1 được lựa chọn vì khả năng hoạt động ổn định và dễ dàng lập trình. Hệ thống này không chỉ giúp tăng cường hiệu quả tưới tiêu mà còn có thể áp dụng trong giảng dạy cho sinh viên các môn học liên quan đến kỹ thuật lập trình và cảm biến.

2.1. Cấu hình hệ thống điều khiển giám sát trong nông nghiệp

Cấu hình hệ thống được đề xuất bao gồm các thành phần chính như cảm biến, trạm bơm và các thiết bị điều khiển. Các cảm biến sẽ thu thập dữ liệu về độ ẩm và nhiệt độ, sau đó truyền dữ liệu này về trung tâm điều khiển thông qua mạng Lora. Từ đó, người dùng có thể theo dõi và điều chỉnh lượng nước tưới một cách chính xác và kịp thời. Hệ thống cũng được trang bị các tính năng tự động hóa, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình tưới tiêu. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng nước, đặc biệt trong bối cảnh nông nghiệp bền vững. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong tưới tiêu góp phần quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước một cách hiệu quả.

III. Thiết kế phần mềm và ghép nối thử nghiệm

Thiết kế phần mềm cho hệ thống giám sát tưới tiêu sử dụng công nghệ Lora là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống. Phần mềm được phát triển trên nền tảng Blynk V2, cho phép người dùng dễ dàng giám sát và điều khiển hệ thống từ xa thông qua điện thoại di động hoặc máy tính. Quy trình ghép nối bao gồm việc cài đặt phần mềm, cấu hình phần cứng và kiểm tra kết nối truyền thông giữa các thiết bị. Quá trình thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu được truyền tải nhanh chóng và chính xác. Việc tích hợp giữa phần mềm và phần cứng là rất quan trọng, đảm bảo rằng các cảm biến có thể gửi dữ liệu về trung tâm điều khiển mà không gặp phải vấn đề về độ trễ hoặc mất mát thông tin. Hệ thống này không chỉ phục vụ cho việc tưới tiêu mà còn có thể mở rộng ứng dụng cho các lĩnh vực khác trong nông nghiệp thông minh.

3.1. Giám sát và điều khiển trên phần mềm Blynk V2

Phần mềm Blynk V2 được thiết kế để cung cấp giao diện người dùng thân thiện, cho phép người dùng dễ dàng theo dõi các thông số môi trường như độ ẩm, nhiệt độ và tình trạng hoạt động của hệ thống tưới. Giao diện này có thể được tùy chỉnh để phù hợp với nhu cầu của từng người dùng, giúp họ có thể thực hiện các điều chỉnh cần thiết một cách nhanh chóng. Hệ thống cũng hỗ trợ thông báo qua điện thoại khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra, đảm bảo rằng người dùng luôn được cập nhật thông tin kịp thời. Việc sử dụng công nghệ IoT trong giám sát tưới tiêu không chỉ mang lại tiện ích mà còn góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước trong nông nghiệp.