Khóa Luận Tốt Nghiệp: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển và Giám Sát Nhà Nấm

Chuyên khảo phân tích Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm sử dụng web server và sms, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Công Nghệ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển và Giám Sát Nhà Nấm
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt đề
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Kết quả nghiên cứu của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP
• 2.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IOT
• 2.3. GIỚI THIỆU VỀ QUY TRÌNH TRỒNG NẤM
• 2.4. TỔNG QUAN VỀ WEB SERVER
• 2.4.1. Giao tiếp thông qua HTTP
• 2.5. TỔNG QUAN VỀ SMS
• 2.5.1. Cấu trúc tin nhắn SMS
• 2.6. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
• 2.6.1. Chuẩn truyền thông UART
• 2.6.2. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.6.3. Chuẩn truyền thông SPI
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ CẤU THÀNH HỆ THỐNG
• 3.1. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀO-RA TRONG ĐỀ TÀI
• 3.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 3.3. Cảm Biến Độ Ẩm, Độ Nhiệt DHT21
• 3.4. Wi-Fi ESP8266
• 3.5. Board điều khiển trung tâm STM32F103
• 3.6. LCD 16x2
• 3.7. Mạch Module 2 Relay, Module nguồn cấp/ Module điều áp LM2596
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TOÀN HỆ THỐNG
• 4.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 4.2. Sơ đồ nguyên lý từng khối
• 4.3. Sơ đồ đi dây Board Master STM32F103 RBT6
• 5. CHƯƠNG 5: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 5.1. Mạch điều khiển trung tâm (chính)
• 5.2. Mạch RF
• 5.3. Module SIM 800C
• 5.4. Mạch chip trung tâm STM32F103 RBT6
• 5.5. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 5.6. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA HỆ THỐNG
• 5.7. LẬP TRÌNH VÀ TEST HỆ THỐNG
• 5.8. Tổng quan về phần mềm lập trình
• 5.9. CODE SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
• 5.10. Tiến hành test hệ thống
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ
• 6.1. KẾT QUẢ
• 6.2. Kết quả nghiên cứu
• 6.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế hệ thống giám sát nhà nấm thông minh

Việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm là một bước tiến quan trọng trong việc áp dụng nông nghiệp công nghệ cao vào sản xuất. Mục tiêu chính là tạo ra một môi trường lý tưởng và ổn định cho sự phát triển của nấm, từ đó tối ưu hóa năng suất và chất lượng sản phẩm. Một nhà nấm thông minh không chỉ đơn thuần là nơi trồng trọt, mà là một hệ sinh thái được kiểm soát chặt chẽ thông qua công nghệ. Hệ thống này cho phép tự động điều chỉnh các yếu tố môi trường quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2 và ánh sáng, giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công và các yếu tố thời tiết bên ngoài. Nghiên cứu của Đặng Duy Cảnh và Nguyễn Duy Khánh (2019) đã đề xuất một giải pháp sử dụng Web Server và SMS để thực hiện việc giám sát nhà nấm từ xa, một minh chứng điển hình cho công nghệ trồng nấm 4.0. Lợi ích cốt lõi của việc tự động hóa nhà nấm là khả năng duy trì các điều kiện sinh trưởng tối ưu 24/7, điều mà phương pháp thủ công khó có thể đạt được. Hệ thống sẽ thu thập dữ liệu liên tục từ các cảm biến, xử lý thông tin tại bộ điều khiển trung tâm PLC hoặc vi điều khiển, sau đó tự động kích hoạt các thiết bị chấp hành như máy bơm, quạt thông gió, hay đèn chiếu sáng. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí vận hành (nước, điện) mà còn nâng cao đáng kể hiệu quả kinh tế, mở ra hướng đi mới cho các trang trại nấm quy mô từ nhỏ đến công nghiệp. Việc tích hợp các giải pháp IoT cho trang trại nấm cho phép người quản lý có thể theo dõi và can thiệp vào hoạt động của nhà nấm mọi lúc, mọi nơi chỉ với một chiếc điện thoại thông minh.

1.1. Ý nghĩa của tự động hóa trong quy trình trồng nấm

Tự động hóa đóng vai trò then chốt trong việc hiện đại hóa quy trình trồng nấm. Thay vì phụ thuộc vào kinh nghiệm và sự can thiệp thủ công, một hệ thống tự động giúp chuẩn hóa toàn bộ quy trình, đảm bảo tính nhất quán và giảm thiểu rủi ro do sai sót của con người. Việc kiểm soát môi trường trồng nấm một cách chính xác là yếu tố quyết định đến sự thành công của vụ mùa. Hệ thống tự động có thể duy trì nhiệt độ và độ ẩm trong ngưỡng lý tưởng, điều chỉnh hệ thống thông gió để cung cấp đủ oxy và loại bỏ CO2 dư thừa, đồng thời quản lý chu kỳ chiếu sáng và tưới tiêu một cách khoa học. Kết quả là nấm phát triển đồng đều, cho năng suất cao hơn và chất lượng tốt hơn. Hơn nữa, tự động hóa nhà nấm còn giúp giải phóng sức lao động, cho phép người nông dân tập trung vào các công việc mang tính chiến lược hơn như nghiên cứu giống và mở rộng thị trường.

1.2. Giới thiệu giải pháp giám sát nhà nấm từ xa qua IoT

Công nghệ Vạn vật kết nối (IoT) đã tạo ra một cuộc cách mạng trong nông nghiệp. Đối với ngành trồng nấm, các giải pháp IoT cho trang trại nấm cho phép kết nối toàn bộ các thiết bị trong nhà nấm vào một mạng lưới duy nhất, có thể truy cập và điều khiển từ xa. Theo mô hình trong khóa luận tham khảo, hệ thống sử dụng module Wi-Fi ESP8266 để kết nối với Web Server và module SIM để gửi cảnh báo qua SMS. Điều này có nghĩa là người quản lý có thể sử dụng điện thoại hoặc máy tính để theo dõi các thông số môi trường theo thời gian thực, xem lịch sử dữ liệu và nhận cảnh báo ngay lập tức khi có sự cố bất thường xảy ra. Khả năng giám sát nhà nấm từ xa mang lại sự linh hoạt tối đa, giúp người vận hành phản ứng kịp thời với mọi thay đổi, đảm bảo nhà nấm luôn hoạt động ở trạng thái tối ưu, ngay cả khi họ không có mặt trực tiếp tại trang trại.

II. Thách thức khi kiểm soát môi trường trồng nấm thủ công

Việc trồng nấm theo phương pháp truyền thống đối mặt với nhiều thách thức, chủ yếu xuất phát từ việc không thể kiểm soát môi trường trồng nấm một cách chính xác và liên tục. Nấm là một loại cây trồng cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi của các yếu tố môi trường. Chỉ một biến động nhỏ về nhiệt độ hoặc độ ẩm cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình hình thành quả thể, làm giảm năng suất hoặc thậm chí gây thất bại cả vụ mùa. Khi vận hành thủ công, người trồng phải liên tục kiểm tra và điều chỉnh bằng tay, một công việc tốn nhiều thời gian và công sức nhưng lại không đảm bảo được sự ổn định. Ví dụ, việc tưới nước bằng tay có thể dẫn đến tình trạng thừa hoặc thiếu nước, trong khi việc thông gió không đúng lúc có thể làm nồng độ CO2 tăng cao, ức chế sự phát triển của nấm. Hơn nữa, các phương pháp đo lường thủ công thường có độ trễ và thiếu chính xác, khiến người trồng khó có thể phát hiện và xử lý kịp thời các vấn đề phát sinh. Những rủi ro này càng trở nên nghiêm trọng hơn đối với các trang trại quy mô lớn. Do đó, việc xây dựng một hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm nhà nấm tự động là giải pháp tất yếu để khắc phục những nhược điểm cố hữu của phương pháp thủ công, hướng tới một nền nông nghiệp công nghệ cao bền vững và hiệu quả.

2.1. Sự thiếu ổn định của nhiệt độ và độ ẩm không khí

Nhiệt độ và độ ẩm là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng trực tiếp đến từng giai đoạn phát triển của nấm. Mỗi loại nấm đòi hỏi một ngưỡng nhiệt độ và độ ẩm tối ưu khác nhau. Việc duy trì các chỉ số này ổn định bằng phương pháp thủ công là gần như không thể, đặc biệt khi chịu tác động của thời tiết bên ngoài. Sự dao động nhiệt độ giữa ngày và đêm, hay sự thay đổi độ ẩm đột ngột có thể gây sốc cho sợi nấm, làm chậm quá trình phát triển và tạo điều kiện cho nấm mốc, vi khuẩn có hại phát triển. Một hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm nhà nấm tự động, kết hợp với hệ thống phun sương tự động và máy điều hòa, sẽ giải quyết triệt để vấn đề này bằng cách duy trì môi trường vi khí hậu ổn định suốt 24/7.

2.2. Khó khăn trong việc kiểm soát nồng độ CO2 và ánh sáng

Nồng độ CO2 là một yếu tố thường bị bỏ qua trong canh tác truyền thống nhưng lại có vai trò quyết định đến hình thái của quả thể nấm. Ở giai đoạn lan tơ, nồng độ CO2 cao sẽ kích thích sự phát triển của sợi nấm. Tuy nhiên, khi nấm bắt đầu hình thành quả thể, nồng độ CO2 cao sẽ gây ra các dị tật như thân dài, mũ nhỏ, làm giảm giá trị thương phẩm. Việc trang bị cảm biến CO2 cho nhà nấm và một hệ thống thông gió nhà nấm tự động là cực kỳ cần thiết để điều chỉnh luồng không khí sạch. Tương tự, cảm biến ánh sáng cũng giúp điều khiển hệ thống chiếu sáng nhân tạo, đảm bảo nấm nhận đủ lượng ánh sáng cần thiết cho từng giai đoạn sinh trưởng mà không phụ thuộc vào ánh sáng tự nhiên.

III. Phương pháp lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển

Việc lựa chọn thiết bị cho nhà nấm công nghiệp là bước nền tảng để xây dựng một hệ thống điều khiển và giám sát hiệu quả, đáng tin cậy. Một hệ thống hoàn chỉnh thường bao gồm ba khối chính: Khối thu thập dữ liệu (cảm biến), Khối điều khiển trung tâm (vi điều khiển hoặc PLC), và Khối chấp hành (relay, máy bơm, quạt). Việc lựa chọn phải dựa trên các tiêu chí về độ chính xác, độ bền, khả năng tương thích và chi phí. Cảm biến phải có khả năng đo lường chính xác các thông số môi trường trong điều kiện độ ẩm cao của nhà nấm. Bộ điều khiển trung tâm cần đủ mạnh để xử lý đồng thời nhiều luồng dữ liệu và ra quyết định một cách nhanh chóng. Theo nghiên cứu tham khảo, việc kết hợp vi điều khiển STM32F103 với module Wi-Fi ESP8266 là một lựa chọn tối ưu về hiệu năng và chi phí cho các mô hình nhà nấm thông minh. Khối chấp hành, đặc biệt là các relay, phải có công suất đủ lớn để đóng ngắt an toàn các thiết bị công suất cao như máy bơm của hệ thống phun sương tự động. Sự kết hợp hài hòa giữa các thành phần này sẽ tạo nên một giải pháp IoT cho trang trại nấm hoàn chỉnh, giúp tự động hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế.

3.1. Lựa chọn bộ điều khiển trung tâm STM32 và ESP8266

Bộ não của hệ thống là bộ điều khiển trung tâm. Khóa luận của Đặng Duy Cảnh và Nguyễn Duy Khánh đã lựa chọn vi điều khiển STM32F103RBT6 làm đơn vị xử lý chính. Đây là một lựa chọn hợp lý nhờ hiệu năng cao của lõi ARM Cortex-M3, số lượng chân GPIO dồi dào và tích hợp nhiều ngoại vi mạnh mẽ (ADC, Timer, UART, I2C, SPI). Điều này cho phép vi điều khiển có thể giao tiếp với nhiều loại cảm biến và thiết bị chấp hành cùng lúc. Để giải quyết bài toán kết nối mạng, module Wi-Fi ESP8266 được sử dụng. ESP8266 không chỉ đóng vai trò cầu nối Internet mà bản thân nó cũng là một vi điều khiển mạnh mẽ, có thể đảm nhiệm việc tạo Web Server để cung cấp giao diện giám sát nhà nấm từ xa. Sự kết hợp này, thay vì điều khiển nhà nấm bằng Arduino vốn có hiệu năng thấp hơn, tạo ra một giải pháp mạnh mẽ và linh hoạt.

3.2. Các cảm biến thiết yếu để kiểm soát môi trường trồng nấm

Để hệ thống hoạt động chính xác, việc lựa chọn cảm biến là cực kỳ quan trọng. Nghiên cứu đã sử dụng cảm biến DHT21 (AM2301), một loại cảm biến tích hợp có khả năng đo đồng thời cả nhiệt độ và độ ẩm với độ chính xác cao và tín hiệu đầu ra dạng số, dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển. Bên cạnh đó, cảm biến độ ẩm đất cũng được tích hợp để đảm bảo giá thể trồng nấm luôn có độ ẩm phù hợp. Mặc dù không được đề cập trong khóa luận, việc trang bị thêm cảm biến CO2 cho nhà nấm (như MG-811 hoặc MH-Z19) và cảm biến ánh sáng (như quang trở hoặc BH1750) là cần thiết để xây dựng một hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm nhà nấm toàn diện, có khả năng kiểm soát mọi yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm.

IV. Hướng dẫn thiết kế hệ thống giám sát nhà nấm từ xa

Việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm từ xa dựa trên nguyên tắc thu thập, xử lý và hành động. Dữ liệu từ các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, CO2) được gửi về bộ điều khiển trung tâm. Tại đây, vi điều khiển sẽ so sánh các giá trị thực tế với các ngưỡng đã được cài đặt sẵn trong phần mềm quản lý nhà nấm. Nếu có sự chênh lệch, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu để kích hoạt các thiết bị chấp hành tương ứng. Ví dụ, nếu nhiệt độ quá cao, quạt thông gió và hệ thống phun sương tự động sẽ được bật. Nếu độ ẩm quá thấp, hệ thống tưới sẽ hoạt động. Toàn bộ quá trình này diễn ra hoàn toàn tự động. Đồng thời, dữ liệu từ cảm biến và trạng thái của các thiết bị sẽ được module Wi-Fi (ESP8266) đẩy lên một Web Server. Người dùng có thể truy cập vào địa chỉ IP của Web Server này thông qua trình duyệt trên điện thoại hoặc máy tính để giám sát nhà nấm từ xa. Giao diện web sẽ hiển thị trực quan các thông số, cho phép người dùng bật/tắt thiết bị thủ công nếu cần. Hơn nữa, hệ thống có thể được lập trình để gửi cảnh báo qua SMS khi các thông số vượt ngưỡng an toàn, đảm bảo sự can thiệp kịp thời. Đây là một giải pháp IoT cho trang trại nấm hiệu quả và dễ triển khai.

4.1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm: Khối Nguồn cung cấp điện áp ổn định cho toàn mạch. Khối Cảm Biến (DHT21, cảm biến độ ẩm đất) thu thập dữ liệu môi trường. Khối Xử Lý Trung Tâm (STM32F103) nhận và xử lý dữ liệu. Khối Giao Tiếp (ESP8266, Module SIM) chịu trách nhiệm kết nối mạng và gửi tin nhắn. Khối Hiển Thị (LCD 16x2) hiển thị thông tin tại chỗ. Khối Chấp Hành (Module Relay) điều khiển các thiết bị công suất lớn. Nguyên lý hoạt động như sau: Cảm biến liên tục đo đạc và gửi tín hiệu về STM32. STM32 so sánh dữ liệu với ngưỡng cài đặt, nếu vi phạm sẽ ra lệnh cho Module Relay bật/tắt quạt, bơm. Đồng thời, STM32 gửi toàn bộ dữ liệu trạng thái cho ESP8266 để cập nhật lên Web Server, giúp người dùng có thể giám sát từ xa. (Nguồn: Khóa luận tốt nghiệp Đặng Duy Cảnh & Nguyễn Duy Khánh, 2019).

4.2. Xây dựng giao diện Web Server và cảnh báo qua SMS

Giao diện Web Server là cầu nối giữa người dùng và nhà nấm thông minh. Module ESP8266 được lập trình để tạo một máy chủ web đơn giản. Khi người dùng truy cập vào địa chỉ IP của module, nó sẽ trả về một trang HTML hiển thị các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và trạng thái của các thiết bị. Trang web này cũng chứa các nút bấm (button) cho phép người dùng gửi lệnh điều khiển (ví dụ: bật/tắt máy bơm) trở lại module. Về tính năng cảnh báo, module SIM được kết nối với vi điều khiển qua giao tiếp UART. Khi một thông số quan trọng vượt ngưỡng nguy hiểm (ví dụ: nhiệt độ quá cao), vi điều khiển sẽ gửi một lệnh AT Command đến module SIM để soạn và gửi một tin nhắn SMS đến số điện thoại đã được cài đặt sẵn. Tính năng này đảm bảo người quản lý luôn được thông báo về các sự cố nghiêm trọng, ngay cả khi không có kết nối Internet.

V. Mô hình ứng dụng hệ thống điều khiển nhà nấm thực tiễn

Kết quả nghiên cứu và thi công từ khóa luận của Đặng Duy Cảnh và Nguyễn Duy Khánh (2019) đã chứng minh tính khả thi của việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm. Mô hình thực tế đã được xây dựng thành công, cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng đúng các yêu cầu thiết kế. Hệ thống có khả năng đọc chính xác dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT21 và cảm biến độ ẩm đất. Dữ liệu này được hiển thị rõ ràng trên màn hình LCD tại chỗ và đồng thời được cập nhật lên giao diện Web Server theo thời gian thực. Người dùng có thể truy cập giao diện web từ bất kỳ thiết bị nào có kết nối cùng mạng Wi-Fi để theo dõi các thông số và điều khiển bật/tắt máy bơm, quạt một cách dễ dàng. Mặc dù tính năng SMS chưa được tích hợp hoàn chỉnh trong mô hình cuối cùng do hạn chế về linh kiện, nhưng về mặt lý thuyết và thiết kế, nó hoàn toàn có thể được triển khai. Thành công của mô hình này cho thấy các giải pháp IoT cho trang trại nấm không còn là lý thuyết xa vời mà hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tế với chi phí hợp lý, mở ra một hướng phát triển mới cho ngành trồng nấm tại Việt Nam, đặc biệt là trong bối cảnh của công nghệ trồng nấm 4.0.

5.1. Kết quả thi công và vận hành thử nghiệm mô hình

Quá trình thi công bao gồm việc thiết kế và lắp ráp các board mạch, kết nối phần cứng và đóng gói thành một mô hình hoàn chỉnh. Kết quả vận hành thử nghiệm cho thấy mô hình hoạt động đúng như mong đợi. Các cảm biến ánh sáng và độ ẩm cung cấp dữ liệu ổn định. Hệ thống phun sương tự động và quạt thông gió được kích hoạt chính xác khi các thông số môi trường vượt ngưỡng cài đặt. Giao diện Web Server trên ESP8266 phản hồi nhanh chóng với các yêu cầu từ người dùng, cho phép giám sát và điều khiển hiệu quả. Theo báo cáo, hệ thống đạt được trên 85% các mục tiêu đề ra, chứng tỏ đây là một thiết kế vững chắc và có khả năng ứng dụng cao. (Nguồn: Khóa luận tốt nghiệp Đặng Duy Cảnh & Nguyễn Duy Khánh, 2019).

5.2. Đánh giá hiệu quả và khả năng mở rộng của hệ thống

Hệ thống đã chứng minh được hiệu quả trong việc tự động hóa và kiểm soát môi trường trồng nấm. Nó giúp giảm thiểu công sức lao động, tiết kiệm năng lượng và nước, đồng thời tạo ra một môi trường sinh trưởng ổn định, hứa hẹn nâng cao năng suất. Về khả năng mở rộng, thiết kế dựa trên vi điều khiển STM32F103 có rất nhiều tiềm năng. Hệ thống có thể dễ dàng tích hợp thêm nhiều loại cảm biến khác như cảm biến CO2 cho nhà nấm hoặc cảm biến đo nồng độ dinh dưỡng. Ngoài ra, phần mềm quản lý nhà nấm có thể được phát triển hoàn thiện hơn với các tính năng như phân tích dữ liệu, dự báo và ra quyết định thông minh, thay thế Web Server đơn giản bằng một nền tảng SCADA cho nhà nấm chuyên nghiệp hơn.

VI. Lợi ích và xu hướng tự động hóa trong trồng nấm 4

Việc tự động hóa nhà nấm không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một xu hướng tất yếu trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Lợi ích lớn nhất mà nó mang lại là sự chính xác và hiệu quả. Bằng cách loại bỏ các yếu tố không chắc chắn từ con người và môi trường, các hệ thống tự động giúp tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng, từ đó tối đa hóa lợi nhuận. Chi phí đầu tư ban đầu cho việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm có thể cao, nhưng lợi ích lâu dài về tiết kiệm chi phí vận hành, giảm tổn thất và tăng năng suất sẽ nhanh chóng bù đắp. Trong tương lai, xu hướng phát triển sẽ không chỉ dừng lại ở việc tự động điều khiển. Các nhà nấm thông minh sẽ được tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning). Hệ thống sẽ có khả năng tự học hỏi từ dữ liệu lịch sử để dự đoán các vấn đề tiềm ẩn, tự động điều chỉnh các thông số để đạt hiệu quả cao nhất cho từng loại nấm cụ thể. Công nghệ trồng nấm 4.0 sẽ biến các trang trại nấm thành những nhà máy sản xuất nông sản chính xác, bền vững và có khả năng cạnh tranh cao trên thị trường toàn cầu.

6.1. Phân tích hiệu quả kinh tế khi đầu tư nhà nấm thông minh

Đầu tư vào một nhà nấm thông minh mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Thứ nhất, hệ thống tự động giúp giảm chi phí nhân công vận hành. Thứ hai, việc kiểm soát môi trường trồng nấm chính xác giúp giảm tiêu thụ điện và nước so với việc vận hành liên tục. Thứ ba, năng suất và chất lượng nấm được cải thiện đáng kể, dẫn đến doanh thu cao hơn. Tỷ lệ nấm đạt chuẩn thương phẩm tăng lên, giảm thiểu sản phẩm lỗi hỏng. Mặc dù chi phí ban đầu cho các thiết bị cho nhà nấm công nghiệp như cảm biến, bộ điều khiển, và phần mềm là một khoản đầu tư, nhưng thời gian hoàn vốn thường ngắn nhờ vào những lợi ích kể trên. Đây là một khoản đầu tư thông minh cho tương lai bền vững của trang trại.

6.2. Tương lai của công nghệ trồng nấm Tích hợp AI và dữ liệu lớn

Tương lai của ngành trồng nấm gắn liền với việc tích hợp các công nghệ tiên tiến như Trí tuệ nhân tạo (AI) và Dữ liệu lớn (Big Data). Thay vì chỉ phản ứng với các thay đổi môi trường, hệ thống sẽ có khả năng dự đoán. Bằng cách phân tích một lượng lớn dữ liệu thu thập được từ các mùa vụ trước, AI có thể xác định được mô hình tối ưu nhất cho sự phát triển của nấm. Nó có thể dự báo nguy cơ bùng phát dịch bệnh dựa trên những thay đổi nhỏ trong môi trường, từ đó đưa ra cảnh báo sớm. Các giải pháp IoT cho trang trại nấm sẽ trở nên thông minh hơn, không chỉ là công cụ điều khiển mà còn là một trợ lý ảo đắc lực, giúp người nông dân đưa ra những quyết định chính xác và hiệu quả nhất.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm sử dụng Web Server và SMS" được thực hiện bởi sinh viên Đặng Duy Cảnh và Nguyễn Duy Khánh, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Đức Toàn tại Khoa Công nghệ Điện, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (năm 2019). Đề tài thuộc lĩnh vực kỹ thuật điện tử, điều khiển tự động và ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT) vào nông nghiệp công nghệ cao.

Bối cảnh thực tiễn được nhóm tác giả xác định xuất phát từ thực trạng ngành nông nghiệp Việt Nam thời điểm nghiên cứu vẫn chưa ứng dụng sâu rộng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tự động hóa vào quy trình sản xuất. Trồng nấm, đặc biệt là nấm rơm (Volvariella volvacea), là ngành nghề mang lại hiệu quả kinh tế nhanh nhưng đòi hỏi sự kiểm soát nghiêm ngặt về các yếu tố vi khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm cơ chất, ánh sáng, độ pH). Phương pháp canh tác truyền thống phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm thủ công, tốn nhân công giám sát và dễ rủi ro khi thời tiết biến đổi đột ngột.

Để giải quyết vấn đề này, khóa luận đề ra mục tiêu nghiên cứu và các nhiệm vụ cụ thể:

1. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển để thu thập dữ liệu và xử lý tín hiệu từ các cảm biến môi trường.
2. Xây dựng giao diện Web Server hoạt động qua mạng kết nối không dây/Ethernet theo giao thức TCP/IP, cho phép người dùng theo dõi các thông số môi trường và điều khiển thiết bị chấp hành trực tiếp qua trình duyệt trên máy tính hoặc điện thoại thông minh (smartphone).
3. Nghiên cứu mạng di động GSM/GPRS và tích hợp module truyền thông SIM để thực hiện tính năng nhận lệnh điều khiển, gửi tin nhắn SMS phản hồi và cảnh báo trạng thái môi trường từ xa đến các số điện thoại được phân quyền bảo mật.
4. Chế tạo mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh để kiểm thử khả năng đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ - độ ẩm không khí, cảm biến độ ẩm đất và điều khiển đóng cắt động cơ bơm tưới/phun sương tự động theo ngưỡng cài đặt.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống phần cứng nhúng, các module cảm biến vi khí hậu, module truyền thông không dây (Wi-Fi, GSM, RF) và phần mềm điều khiển Web Server. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình nhà trồng nấm rơm quy mô thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, thực hiện trong năm học 2018–2019.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khóa luận kết hợp giữa cơ sở lý thuyết sinh học nông nghiệp (quy trình vi khí hậu nuôi trồng nấm rơm) và lý thuyết kỹ thuật điện tử - viễn thông (kiến trúc IoT, mạng truyền thông và lập trình nhúng).

Khung lý thuyết và mô hình ứng dụng

• Mô hình kiến trúc IoT 4 lớp: Tác giả áp dụng mô hình chuẩn gồm:
  • Vạn vật (Things): Hệ thống cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm chất nền) và cơ cấu chấp hành (động cơ bơm, van điện từ solenoid).
  • Trạm kết nối (Gateways): Khối vi điều khiển trung tâm và module Wi-Fi kết nối dữ liệu.
  • Hạ tầng mạng (Internet): Hệ thống mạng IP toàn cầu sử dụng giao thức TCP/IP và HTTP.
  • Lớp dịch vụ (Service): Giao diện điều khiển Web Server và giao thức nhắn tin SMS qua mạng di động GSM.
• Cơ sở sinh học nuôi trồng nấm rơm: Khóa luận hệ thống hóa các yêu cầu môi trường của nấm rơm qua các giai đoạn phát triển, làm căn cứ thiết lập ngưỡng cảm biến:

Giai đoạn sinh trưởng	Yếu tố môi trường	Khoảng biến thiên	Giá trị tối thích
Nuôi ủ tơ nấm	Nhiệt độ	15 – 40 °C	35 ± 2 °C
	Độ ẩm	60 – 70%	70 ± 2%
	Độ pH	6 – 7	6,5
Ra quả thể	Nhiệt độ	20 – 25 °C	32 ± 2 °C
	Độ ẩm	80 – 90%	80 ± 2%
	Độ pH	6 – 7	6,5

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống: Phân rã hệ thống thành các khối chức năng độc lập (khối nguồn, khối xử lý trung tâm, khối cảm biến, khối truyền thông, khối chấp hành và khối hiển thị).
• Phương pháp thiết kế phần cứng và mô phỏng EDA: Sử dụng phần mềm chuyên dụng Altium Designer để vẽ sơ đồ nguyên lý (Schematic), thiết kế mạch in (PCB) và xuất mô hình 3D cho các bo mạch điều khiển.
• Phương pháp lập trình nhúng và nhúng Web Server: Lập trình điều khiển vi điều khiển, cấu hình cổng vào/ra (GPIO, ADC), xử lý ngắt và giao tiếp truyền dữ liệu qua các chuẩn UART, I2C, SPI; xây dựng trang mã HTML phục vụ giao diện Web Server trên module ESP8266.
• Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Lắp ráp mô hình vật lý, cấp nguồn kiểm tra hoạt động của từng khối mạch, nạp mã nguồn, chạy thử nghiệm liên tục để đo đạc sai số cảm biến và đánh giá độ trễ khi điều khiển qua Web và SMS.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa phân tầng, đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng phần cứng.

                  +-----------------------------------+
                  |      Giao diện người dùng         |
                  |  (Web Browser / Điện thoại SMS)   |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                    +---------------+---------------+
                    |                               |
              [HTTP / TCP-IP]                   [Sóng GSM]
                    |                               |
                    v                               v
        +-----------------------+       +-----------------------+
        |  Module Wi-Fi ESP8266 |       |    Module SIM 800C    |
        +-----------+-----------+       +-----------+-----------+
                    |                               |
                    | (UART / I2C / SPI)            | (UART)
                    +---------------+---------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |     Vi điều khiển trung tâm       |
                  |          STM32F103RBT6            |
                  +--------+-----------------+--------+
                           |                 |
            +--------------+                 +--------------+
            |                                               |
            v                                               v
+-----------------------+                       +-----------------------+
|    Khối cảm biến      |                       |    Khối chấp hành     |
| - DHT21 (Nhiệt/Ẩm KK) |                       | - Mạch 2 Relay        |
| - Cảm biến độ ẩm đất  |                       | - Động cơ bơm / Van   |
| - Mạch RF CC1310      |                       | - Màn hình LCD 16x2   |
+-----------------------+                       +-----------------------+

1. Kiến trúc phần cứng

• Vi điều khiển trung tâm (MCU): Sử dụng vi điều khiển ARM 32-bit Cortex-M3 mã hiệu STM32F103RBT6, chịu trách nhiệm điều phối toàn bộ hệ thống, xử lý tín hiệu analog từ cảm biến độ ẩm đất, giao tiếp đọc cảm biến số, xuất dữ liệu ra màn hình LCD 16x2 và giao tiếp nối tiếp với các module truyền thông.
• Module mạng không dây Wi-Fi: Sử dụng kit ESP8266 NodeMCU Lua CP2102. Module này vừa đóng vai trò trạm phát/nhận dữ liệu Wi-Fi chuẩn 802.11 b/g/n, vừa đảm nhiệm chức năng Web Server độc lập (cổng HTTP 80) phản hồi các yêu cầu GET/POST từ trình duyệt của người dùng.
• Module truyền thông di động: Sử dụng module SIM800C kết nối UART với MCU, cho phép gửi và nhận tin nhắn văn bản SMS theo tập lệnh chuẩn AT Commands. Hệ thống thiết lập cơ chế lọc số thuê bao, chỉ nhận diện và thực thi lệnh từ các số điện thoại của quản trị viên đã được khai báo trước.
• Khối cảm biến thu thập:
  • Cảm biến DHT21 (AM2301): Đo nhiệt độ và độ ẩm không khí với giao tiếp 1 dây (Single-bus digital signal).
  • Cảm biến độ ẩm đất (Soil Moisture Sensor): Sử dụng điện cực đo độ dẫn điện của đất/chất nền, trả về tín hiệu tương tự qua chân ADC (A0) và tín hiệu ngưỡng số (Digital D0) qua mạch so sánh tích hợp LM393.
  • Module truyền nhận vô tuyến tần số Sub-1GHz CC1310 (RF Module): Thiết kế dự phòng kết nối không dây cho các node cảm biến mở rộng.
• Khối chấp hành và hiển thị: Mạch cách ly quang 2 Relay 5V để đóng cắt tải động cơ bơm nước tưới/phun sương và van Solenoid; màn hình LCD 16x2 kết nối hiển thị trực tiếp giá trị nhiệt độ, độ ẩm tại chỗ.
• Khối nguồn: Mạch giảm áp xung sử dụng IC LM2596, cung cấp các mức điện áp ổn định 5V DC (cho Relay, LCD, SIM800C) và 3.3V DC (cho MCU STM32F103, ESP8266, DHT21) từ nguồn đầu vào 12V.

2. Triển khai phần mềm và thuật toán điều khiển

• Phần mềm biên dịch và công cụ nạp: Sử dụng môi trường lập trình nhúng cho STM32 và Arduino IDE để lập trình cho ESP8266. Thư viện mạng sử dụng bao gồm ESP8266WiFi.h và WiFiServer.h.
• Cấu hình mạng Web Server: Khởi tạo mạng Wi-Fi với SSID "KLTN IUH" và mật khẩu "iuh12345", lắng nghe kết nối tại địa chỉ IP cục bộ được cấp phát qua cổng 80 (WiFiServer server(80)).
• Giao diện Web: Xây dựng trực tiếp bằng mã nguồn HTML nhẹ nhúng trong bộ nhớ vi điều khiển với tiêu đề "Smart Garden - Weather Station", hiển thị tên giảng viên hướng dẫn (Th.S NGUYENDUCTOAN) và sinh viên thực hiện (CANH-KHANH). Giao diện cung cấp các trường dữ liệu:
  • Temperature in Celsius / Fahrenheit: Nhiệt độ môi trường đo được.
  • Moisture Level Percentage: Tỷ lệ phần trăm độ ẩm chất nền tính theo công thức: $$\text{Percentage} = \left(\frac{\text{reading}}{1024}\right) \times 100$$
  • Trạng thái ngưỡng (Threshold Reached): Cảnh báo phát hiện nước/ẩm vượt ngưỡng khi chân số D0 lên mức HIGH.
  • Các nút điều khiển (Action Buttons): Nút cập nhật thông số (/Up=ON), nút bật máy bơm tưới (/Solenoid=ON) và nút tắt máy bơm tưới (/Solenoid=OFF).
• Quy tắc điều khiển tự động:
  • Nếu độ ẩm đất thấp (reading <= 110) hoặc nhiệt độ không khí vượt ngưỡng trên (t > 38 °C): Vi điều khiển tự động kích hoạt mức cao cho chân điều khiển Solenoid/Motor (digitalWrite(Solenoid, HIGH)).
  • Khi nhiệt độ hạ xuống dưới mức an toàn (t < 35 °C) và độ ẩm đạt yêu cầu: Tự động ngắt relay bơm (digitalWrite(Solenoid, LOW)).

---

Nội dung chi tiết theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 giới thiệu lý do lựa chọn đề tài, vai trò của kỹ thuật điều khiển tự động hóa trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và sự cần thiết của việc hiện đại hóa quy trình trồng nấm tại Việt Nam. Tác giả nêu rõ ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của giải pháp điều khiển qua Web Server và SMS, giúp tiết kiệm chi phí lắp đặt, tăng tính cơ động và bảo mật. Chương này cũng phân định rõ 3 hướng nghiên cứu trọng tâm (điều khiển qua Web/Ethernet, điều khiển qua SMS và đo đạc giám sát môi trường) cùng các giới hạn về nguồn lực và thời gian thực hiện.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống các nền tảng lý thuyết phục vụ việc triển khai đồ án:

• Phân tích tổng quan về ứng dụng IoT trong nông nghiệp và 4 thành phần cơ bản (Things, Gateways, Internet, Service).
• Trình bày chi tiết sinh học và quy trình canh tác nấm rơm (Volvariella volvacea): từ việc chuẩn bị đất liếp (rộng 60–80 cm, cao 10 cm), nguyên liệu rơm rạ khô/tươi, kỹ thuật ủ đống rơm (kích thước đống ủ $1,5 \times 1,5$ m đến $2 \times 1,5$ m, bổ sung 0,5–1% urê, 1% vôi, nhiệt độ ủ đạt 60–70 °C để diệt nấm dại), kỹ thuật đảo rơm chu kỳ 3–4 ngày, xếp mô (luống cao 20 cm, rộng 30–40 cm) và cấy giống meo (bịch meo 120 g cấy cho 2–2,5 m chiều dài mô). Năng suất lý thuyết đạt tối đa 15% khối lượng nấm tươi trên 100 kg rơm khô, trong khi năng suất nuôi trồng đại trà thực tế đạt 5–10%.
• Tổng quan về kiến trúc Web Server, mô hình client-server, giao thức truyền tải siêu văn bản HTTP và cấu trúc bản tin SMS trên mạng viễn thông.
• Phân tích nguyên lý làm việc và sơ đồ định thời của các chuẩn truyền thông số thông dụng trong hệ thống nhúng: UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), I2C (Inter-Integrated Circuit) và SPI (Serial Peripheral Interface).

Chương 3: Các thiết bị cấu thành hệ thống

Chương 3 đi sâu vào phân tích đặc tính kỹ thuật, sơ đồ chân và thông số điện của các linh kiện phần cứng được lựa chọn:

• Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT21 (dải đo nhiệt độ $-40 \div 80$ °C, độ ẩm $0 \div 100% \text{RH}$).
• Cảm biến độ ẩm đất dạng điện cực kèm mạch so sánh ngưỡng.
• Module Wi-Fi ESP8266 NodeMCU Lua (tích hợp chip giao tiếp USB-UART CP2102, tần số hoạt động 80/160 MHz).
• Vi điều khiển trung tâm 32-bit STM32F103 (tần số tối đa 72 MHz, 128 KB Flash, 20 KB SRAM).
• Màn hình LCD ký tự 16x2 kèm các bảng thông số kỹ thuật (Bảng 3.1 chức năng các chân LCD; Bảng 3.2 chức năng chân chọn thanh ghi RS và chân đọc/ghi R/W; Bảng 3.3 và Bảng 3.5 về đặc tính điện làm việc điển hình).
• Module 2 Relay cách ly và module nguồn ổn áp hạ áp DC-DC LM2596.

Chương 4: Thiết kế toàn hệ thống

Chương 4 trình bày toàn bộ sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và thiết kế kết nối điện của hệ thống:

• Sơ đồ khối tổng thể mô tả luồng dữ liệu hai chiều giữa khối cảm biến, khối điều khiển trung tâm STM32F103, khối truyền thông (ESP8266, SIM800C, RF CC1310), khối hiển thị LCD và khối chấp hành (Relay/bơm).
• Thiết kế chi tiết sơ đồ nguyên lý từng khối mạch: khối vi điều khiển STM32F103RBT6, khối nguồn chính, khối ổn áp 3.3V/5V, khối giao tiếp ESP8266 và sơ đồ đi dây tổng thể (Board Master STM32F103 RBT6).

Chương 5: Thi công và thử nghiệm hệ thống

Chương 5 mô tả quy trình hiện thực hóa mô hình từ bản vẽ thiết kế đến sản phẩm vật lý:

• Chế tạo và hàn lắp mạch in PCB: Mạch điều khiển trung tâm chính, mạch truyền thông RF CC1310, bo mạch cắm Module SIM800C và mạch chip STM32F103RBT6 (kèm hình ảnh mô phỏng 3D trên Altium Designer và hình ảnh chụp bo mạch thực tế).
• Đóng gói cơ khí mô hình nhà nấm thực nghiệm, bố trí mặt trước và mặt cạnh bên của tủ điều khiển.
• Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể và thuật toán ngắt truyền nhận dữ liệu.
• Viết mã nguồn chương trình C/C++ cho hệ thống Web Server trên nền ESP8266 và MCU.
• Tiến hành thực nghiệm kiểm thử: Kết nối vào mạng Wi-Fi của mô hình, mở trình duyệt truy cập địa chỉ IP cục bộ của Web Server, kiểm tra khả năng hiển thị thời gian thực và thực thi các lệnh điều khiển bật/tắt động cơ bơm.

Chương 6: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Chương 6 tổng kết các kết quả thực nghiệm đạt được sau quá trình chế tạo mô hình, đưa ra nhận xét về độ tin cậy của phần cứng, tốc độ đáp ứng của hệ thống và đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu ban đầu; đồng thời chỉ ra những khó khăn gặp phải và đề xuất hướng phát triển mở rộng đề tài.

---

Kết quả và đóng góp của đề tài

Kết quả kỹ thuật đạt được

1. Chế tạo phần cứng hoàn chỉnh: Thiết kế và thi công thành công hệ thống mạch điều khiển trung tâm tích hợp vi điều khiển STM32F103RBT6, module Wi-Fi ESP8266, module SIM800C, màn hình LCD 16x2 và khối relay công suất, hoạt động ổn định trên mô hình thực nghiệm.
2. Triển khai Web Server giám sát không dây: Thiết lập thành công giao diện Web điều khiển nhúng qua giao thức TCP/IP/HTTP. Người dùng truy cập trực tiếp qua mạng nội bộ bằng máy tính hoặc smartphone để theo dõi liên tục nhiệt độ (°C, °F), độ ẩm không khí và độ ẩm chất nền, đồng thời phát lệnh cưỡng bức bật/tắt máy bơm thành công.
3. Truyền thông cảnh báo và điều khiển qua SMS: Giao tiếp UART giữa MCU và module SIM800C vận hành chính xác; hệ thống nhận diện đúng cấu trúc tin nhắn từ các số điện thoại được ủy quyền, thực hiện đóng/ngắt thiết bị và tự động gửi tin nhắn SMS phản hồi trạng thái hoàn thành cho người quản lý.
4. Điều khiển tự động theo ngưỡng sinh trưởng: Thuật toán tự động kích hoạt máy bơm tưới/làm mát khi độ ẩm chất nền xuống thấp (reading <= 110) hoặc nhiệt độ vượt ngưỡng $38^\circ\text{C}$, và tự động ngắt bơm khi nhiệt độ giảm xuống dưới $35^\circ\text{C}$.
5. Mức độ hoàn thành: Nhóm tác giả tự đánh giá các yêu cầu kỹ thuật và chức năng đặt ra cho hệ thống đạt trên 85% khối lượng công việc, mạch chạy thử nghiệm cho kết quả ổn định và số liệu đo tương đối chính xác.

Đóng góp của đề tài

• Làm chủ quy trình thiết kế, tích hợp liên lạc đa phương thức (Web Server nhúng kết hợp SMS viễn thông) trên nền tảng vi điều khiển 32-bit Cortex-M3.
• Xây dựng mô hình ứng dụng IoT hoàn chỉnh, có tính trực quan và khả năng tham khảo thực tế cho các dự án tự động hóa nông nghiệp quy mô vừa và nhỏ.
• Bo mạch được thiết kế theo cấu trúc mở, sẵn sàng dự phòng chân cắm cho việc tích hợp thêm các cảm biến phụ trợ và module RF Sub-1GHz trong tương lai.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế được ghi nhận

• Độ ổn định và thời gian đáp ứng của hệ thống còn phụ thuộc chặt chẽ vào chất lượng đường truyền mạng Wi-Fi và độ phủ sóng của mạng di động 4G/GSM tại khu vực lắp đặt.
• Hệ thống mới chỉ kiểm thử trên mô hình quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm, chưa được thử nghiệm dài ngày tại các trang trại nuôi trồng thực tế quy mô lớn.
• Chức năng điều khiển chấp hành hiện thời mới dừng lại ở mức cơ bản: đọc cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất và điều khiển động cơ bơm phun sương/tưới nước.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp

Theo đề xuất của nhóm tác giả trong Chương 6, các hướng nâng cấp cần thực hiện bao gồm:

1. Mở rộng hệ thống để ứng dụng vào các nhà nấm và trang trại canh tác có quy mô công nghiệp lớn.
2. Tích hợp thêm kênh điều khiển cho hệ thống quạt hút thông gió và quạt đối lưu không khí nhằm ổn định nồng độ khí $\text{CO}_2$.
3. Tối ưu hóa thiết kế phần cứng để hạ giá thành sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế.
4. Nghiên cứu tích hợp hệ thống nguồn cấp từ pin năng lượng mặt trời giúp hệ thống vận hành độc lập tại các vùng nông nghiệp xa lưới điện.
5. Phát triển tính năng phần mềm cho phép người dùng tùy biến cài đặt ngưỡng nhiệt độ, độ ẩm linh hoạt trên giao diện Web phù hợp với từng giai đoạn sinh trưởng và các loại cây trồng khác nhau.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành có giá trị thực tiễn đối với:

• Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Kỹ thuật Máy tính và Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu chi tiết về phương pháp thiết kế mạch in chuyên nghiệp trên phần mềm Altium Designer, kỹ thuật giao tiếp vi điều khiển ARM Cortex-M3 (STM32F103) với các module ngoại vi như ESP8266, SIM800C, LCD 16x2 qua các chuẩn truyền thông UART, I2C, SPI.
• Người nghiên cứu và phát triển hệ thống IoT Nông nghiệp: Có thể trực tiếp tham khảo sơ đồ nguyên lý khối nguồn xung hạ áp LM2596, sơ đồ kết nối chân vi điều khiển, thuật toán nhúng Web Server đơn giản trên ESP8266 và bảng thông số vi khí hậu tiêu chuẩn cho quy trình nuôi trồng nấm rơm.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng vi điều khiển chính và module truyền thông nào để xây dựng hệ thống?
Khóa luận sử dụng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 mã hiệu STM32F103RBT6 làm bộ xử lý trung tâm, kết hợp với module Wi-Fi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 để tạo Web Server và module SIM800C để truyền nhận tin nhắn SMS.

2. Ngưỡng nhiệt độ được lập trình trong mã nguồn để hệ thống tự động bật và tắt máy bơm là bao nhiêu?
Theo đoạn mã nguồn tại Chương 5, hệ thống sẽ tự động kích hoạt bật bơm/solenoid (digitalWrite(Solenoid, HIGH)) khi nhiệt độ đo được lớn hơn $38^\circ\text{C}$ (t > 38), và tự động tắt bơm (digitalWrite(Solenoid, LOW)) khi nhiệt độ giảm xuống dưới $35^\circ\text{C}$ (t < 35).

3. Theo khảo cứu của tác giả, điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tối thích cho giai đoạn nuôi ủ tơ và ra quả thể của nấm rơm là bao nhiêu?
Theo Bảng 2.1 của khóa luận:

• Giai đoạn nuôi ủ tơ nấm: Nhiệt độ tối thích là $35 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm tối thích là $70 \pm 2%$, pH tối thích là 6,5.
• Giai đoạn ra quả thể: Nhiệt độ tối thích là $32 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm tối thích là $80 \pm 2%$, pH tối thích là 6,5.

4. Mức độ hoàn thành các mục tiêu đề ra của đề tài được nhóm tác giả tự đánh giá như thế nào?
Nhóm tác giả nhận xét và tự đánh giá hệ thống hoạt động tương đối ổn định, các thông số đo tương đối chính xác và đạt trên 85% các yêu cầu mục tiêu đã đề ra.

5. Hệ thống đảm bảo tính bảo mật khi điều khiển qua SMS bằng phương thức nào?
Hệ thống sử dụng cơ chế xác thực theo số điện thoại: chỉ những số thuê bao di động đã được cài đặt và khai báo trước trong mã nguồn của vi điều khiển, đồng thời gửi đúng cú pháp lệnh quy định thì hệ thống mới chấp nhận và thực thi lệnh điều khiển.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Đặng Duy Cảnh và Nguyễn Duy Khánh đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình giám sát, điều khiển nhà trồng nấm rơm thông qua Web Server và tin nhắn SMS. Hệ thống tích hợp hiệu quả vi điều khiển trung tâm STM32F103RBT6 với module Wi-Fi ESP8266 và module SIM800C, cho phép giám sát trực quan các thông số vi khí hậu và tự động hóa quá trình tưới làm mát. Kết quả nghiên cứu đạt trên 85% mục tiêu đề ra, cung cấp tài liệu tham khảo giá trị cho các ứng dụng tự động hóa và IoT trong nông nghiệp công nghệ cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ 13, 20248:37:53 PM8:37:53 thuật điện tử June PM87Thursday, mà trong đó là kỹ thuật 13, 20248:37:53 điều khiển PM8:37:53 tự động đóng June PM87Thursday, vai trò13, 20248:3 quan dat tai uhuohg trah trọng uhu trong thahh uhomọi lĩnh vực ha gichg tihhkhoa học kỹ thuật, ha gichgdahh kinh tế, gia eohg taecông eau nông nghiệp,. giay ehuhg hhah Dopuyeh đó, xu duhg d chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d sự phát triển nền khoa học kỹ thuật nhằm thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d nhà. dat tai uhuohg trah uhuTheo thahhthực uho trạng hiệntihh ha gichg nay hathì ngành nông gichgdahh nghiệp gia eohg taenước ta vẫn eau giay chưahhah ehuhg áp dụng puyeh xu duhg d nhiều khoa học kỹ thuật vào sản xuất. Để tăng hiệu quả sản xuất cũng như sản phẩm sản xuất ra đạt hiệu quả và chất lượng tốt nhất thì cần thiết phải sử dụng các thiết bị công nghệ vào đó.

Từ những ý tưởng như trên nhóm đề tài chúng em sẽ áp dụng khoa học kỹ thuật vào lĩnh vực trồng nấm. Cụ thể là ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được dat tai uhuohg trah kếtthahh uhu nối với uhonhau thànhtihh ha gichg mộthahệgichgdahh thống hoàn giachỉnh eohg qua một giay tae eau một ehuhg thiết bịhhah trungpuyeh tâm xu duhg d và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu để điều khiển và giám sát quá trình sản dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d xuất. dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d g hhah puyeh xu Điểnduhg hình của dat một hệtai uhuohg thống điều khiển trah và giámuhu sát nhàthahh uhoServer nấm qua Web ha vàgichg tih dat tai uhuohg trah tin uhu nhắnthahh SMS uho gồmha cógichg tihh bị các thiết hađơn gichgdahh giản nhưgia hệeohg thốngtae eausáng, chiếu giay ehuhg hhah động cơ, cácpuyeh cảm xu duhg d biến nhiệt độ, độ ẩm,v.v… Nó hoạt động như một nhà nấm thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm.

Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển để có thể điều khiển và giám sát các thiết bị có trong nhà nấm. dat tai uhuohg trah uhuChẳng thahh hạn uho như ngườitihh ha gichg dùng ha chỉ với mộtgia gichgdahh tin eohg nhắn tae SMS haygiay eau điều khiểnhhah ehuhg từ xapuyeh qua xu duhg d mạng là có thể bật hệ thống đèn chiếu sáng hay động cơ phun sương để làm mát,v. dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d Bên cạnh đó nó cũng gửi thông báo cho người điều khiển biết nhiệt độ trong nhà nấm 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, June 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, June 13, 20248:3 hiện tại là bao nhiêu và các thông số về độ ẩm pH,v.v…Ngoài ra, hệ thống còn mang dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat tai uhuohg trah uhu thahh uho 2 Khóa luận tốt nghiệp Duy Cảnh-Duy Khánh dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d hh ha20248:37:54 13, gichgdahh giaPM8:37:54 eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh PM87Thursday, Junexu 13, duhg20248:37:54 dat tai uhuohg PM8:37:54 trah uhu thahhPM87Thursday, uho ha gichg tihh ha gichg June 13, 20248:3 tính bảo mật. Nghĩa 872413068:37:53 là chỉ PM872413068:37:53 PM8:37:53 có những số điện thoại đượcPM872413068:37:53 PM8:37:53 cài đặt trước và biết đúng mật PM8:37:53 PM 13, 20248:37:55 PM8:37:55 PM87Thursday, June 13, 20248:37:55 PM8:37:55 PM87Thursday, June 13, 20248:3 khẩu thì mới có thể điều khiển được hệ thống.

Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của việc phát triển nông nghiệp, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động, internet nên dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d chúng em đã chọn đề tài " Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm sử dụng dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d Web Server và SMS " để đáp ứng được nhu cầu phục vụ sản xuất ngày càng cao của 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, con người và June góp phần vào sự tiến13, bộ,20248:37:53 PM8:37:53 văn minh, hiện PM87Thursday, đại của nước nhà. June 13, 20248:3 dat tai uhuohg trah uhuVới đề uho thahh tài trên nhómtihh ha gichg sinhhaviên chúng em gichgdahh giađã thựctae eohg hiện eauviệc giayđiều khiển ehuhg và giám hhah puyeh xu duhg d sát nhà nấm theo ba hướng hướng chính: dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d 1) Điều khiển thiết bị qua Ethernet với giao thức TCP/IP. Người dùng đăng nhập dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d vào Website và thực hiện điều khiển và giám sát thiết bị qua giao diện Web. 2) Điều dat tai uhuohg trah uhu thahhkhiển thiết uho ha bị qua gichg tihh tin ha nhắn SMS gia gichgdahh từ những số eau eohg tae điện giay thoạiehuhg được hhah cho phép.

puyeh xu duhg d Thiết bị sẽ nhận tin nhắn SMS theo cấu trúc cho trước. Phân tích yêu cầu điều khiển và thực hiện điều khiển thiết bị. 3) Đo và thông báo nhiệt độ, độ ẩm, độ pH trong nhà nấm cho người dùng theo dõi qua Web Server hay SMS. dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d gdathhah tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d puyeh xu duhg dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tih dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, June 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, June 13, 20248:3 dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat tai uhuohg trah uhu thahh uho 3 Khóa luận tốt nghiệp Duy Cảnh-Duy Khánh dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d hh ha20248:37:54 13, gichgdahh giaPM8:37:54 eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh PM87Thursday, Junexu 13, duhg20248:37:54 dat tai uhuohg PM8:37:54 trah uhu thahhPM87Thursday, uho ha gichg tihh ha gichg June 13, 20248:3 872413068:37:53 PM8:37:53 PM872413068:37:53 PM8:37:53 PM872413068:37:53 PM8:37:53 PM 13, 20248:37:55 PM8:37:55 PM87Thursday, June 13, 20248:37:55 PM8:37:55 PM87Thursday, June 13, 20248:3 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA TOÀN HỆ THỐNG dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, June 13, 20248:37:53 PM8:37:53 PM87Thursday, June 13, 20248:3 dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d gdathhah tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d puyeh xu duhg dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tih dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d 1.2 Ý nghĩa của đề tài: Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng.

Bên cạnh đó nhu cầu cần thiết phải áp dụng các thiết bị khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp của con người ngày càng cao. Từ những nhu cầu thực tế đó, nhóm em muốn đưa một phần những kỹ thuật dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d hiện đại vào mô hình trồng nấm. Đề tài lấy cơ sở là Web Server và tin nhắn SMS để điềuuhu dat tai uhuohg trah khiển và uho thahh giámhasát thiếttihh gichg bị. ha Việc sử dụng gia gichgdahh mạng Web eohg taeServer và ehuhg eau giay tin nhắn SMS hhah để xu duhg d puyeh điều khiển và 13, 20248:37:53 PM8:37:53 giám sát thiết June PM87Thursday, bị có13, thuận lợi là tiết kiệm 20248:37:53 chi phí, PM8:37:53 mang tính cạnhJune PM87Thursday, tranh13, 20248:3 dahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg dat tai uhuohg trah uhu thahh uho 4 Khóa luận tốt nghiệp Duy Cảnh-Duy Khánh dat tai uhuohg trah uhu thahh uho ha gichg tihh ha gichgdahh gia eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh xu duhg d hh ha20248:37:54 13, gichgdahh giaPM8:37:54 eohg tae eau giay ehuhg hhah puyeh PM87Thursday, Junexu 13, duhg20248:37:54 dat tai uhuohg PM8:37:54 trah uhu thahhPM87Thursday, uho ha gichg tihh ha gichg June 13, 20248:3 và872413068:37:53 cơ động cao.

PM8:37:53 Ngoài ra,PM872413068:37:53 sản phẩm của đềPM8:37:53 tài này cóPM872413068:37:53 tính mở, có thể PM8:37:53 áp dụng cho PM 13, 20248:37:55 PM8:37:55 PM87Thursday, June 13, 20248:37:55 PM8:37:55 PM87Thursday, June 13, 20248:3 nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp.