I. Thiết kế hệ thống giám sát vườn tại HCMUTE Tổng quan
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống giám sát nhiều vườn" của sinh viên HCMUTE tập trung vào việc xây dựng một hệ thống giám sát từ xa cho nhiều vườn. Hệ thống này sử dụng công nghệ Internet of Things (IoT), kết hợp Arduino Wemos D1, camera giám sát vườn, hệ thống giám sát từ động, và ứng dụng di động. Mục tiêu chính là giám sát điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất) và điều khiển các thiết bị tự động như máy bơm nước, đèn chiếu sáng. Đồ án đề cập đến việc lập đặt hệ thống giám sát vườn, lựa chọn hệ thống giám sát vườn, và chi phí hệ thống giám sát vườn. An ninh vườn trường HCMUTE cũng được xem xét gián tiếp thông qua khả năng giám sát từ xa của hệ thống. Nghiên cứu cũng bao gồm phân tích dữ liệu giám sát vườn và báo cáo giám sát vườn. Giám sát môi trường vườn là một trọng tâm quan trọng.
1.1. Lý do chọn đề tài và tính cấp thiết
Đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của nông nghiệp hiện đại, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Hệ thống giám sát truyền thống gặp nhiều hạn chế về thời gian, chi phí và phạm vi. Việc sử dụng công nghệ giám sát vườn hiện đại, như hệ thống đề xuất trong đồ án, cho phép theo dõi tình trạng vườn một cách liên tục và từ xa, đảm bảo hiệu quả canh tác và tiết kiệm tài nguyên. Ứng dụng giám sát vườn giúp chủ vườn chủ động hơn trong việc chăm sóc cây trồng, dẫn đến năng suất cao hơn và chất lượng sản phẩm tốt hơn. Giải pháp giám sát vườn được trình bày trong đồ án đóng góp vào việc ứng dụng công nghệ trong nông nghiệp, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất. Nghiên cứu khoa học HCMUTE cũng được thúc đẩy thông qua việc hoàn thiện đồ án này. Sinh viên HCMUTE đã đóng góp vào việc phát triển hệ thống này. Hệ thống cũng hỗ trợ quản lý vườn trường.
1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế và thi công một hệ thống giám sát tự động hiệu quả, chi phí hợp lý, dễ sử dụng. Hệ thống cho phép giám sát nhiều vườn cùng lúc, truyền dữ liệu về trung tâm xử lý và hiển thị trên ứng dụng di động và website. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế hệ thống giám sát, lựa chọn phần cứng và phần mềm phù hợp (bao gồm phần mềm giám sát vườn và thiết bị giám sát vườn), lập trình điều khiển, tích hợp các cảm biến (cảm biến độ ẩm đất, cảm biến DHT11), xây dựng giao diện người dùng thân thiện, và đánh giá hiệu quả hệ thống. Hệ thống giám sát camera là một thành phần tiềm năng có thể được tích hợp vào hệ thống trong tương lai. Hệ thống giám sát không dây được ưu tiên để đảm bảo tính linh hoạt. Nghiên cứu cũng hướng đến giám sát thời gian thực.
II. Giải pháp kỹ thuật và kiến trúc hệ thống
Hệ thống sử dụng Arduino Wemos D1 làm trung tâm điều khiển, kết nối với các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất. Dữ liệu được truyền không dây qua hệ thống giám sát không dây và Wi-Fi đến một web server. Người dùng có thể truy cập dữ liệu và điều khiển hệ thống qua ứng dụng di động hoặc website. Blynk được sử dụng như một nền tảng phần mềm hỗ trợ việc xây dựng ứng dụng giám sát. Hệ thống giám sát thông minh này được thiết kế để dễ dàng mở rộng và tích hợp thêm các tính năng khác trong tương lai. Hệ thống này giải quyết vấn đề giám sát an ninh vườn một cách gián tiếp thông qua việc giám sát tình trạng vườn.
2.1. Phần cứng và phần mềm
Đồ án sử dụng Arduino Wemos D1 như vi điều khiển chính. Các cảm biến như DHT11 (đo nhiệt độ và độ ẩm không khí), cảm biến độ ẩm đất được kết nối với Arduino. ESP8266 trong Arduino Wemos D1 cung cấp khả năng kết nối Wi-Fi. Phần mềm bao gồm code cho Arduino, code cho ứng dụng di động (sử dụng Blynk), và code cho web server. Giao diện người dùng được thiết kế đơn giản, trực quan, dễ sử dụng. HTML, PHP có thể được sử dụng trong việc xây dựng website. Sự lựa chọn chuẩn giao tiếp I2C và chuẩn giao tiếp UART được giải thích rõ ràng trong đồ án. Việc kết nối Wi-Fi được thiết lập và cấu hình một cách chi tiết.
2.2. Kiến trúc hệ thống và hoạt động
Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu trên Arduino, truyền dữ liệu qua Wi-Fi đến web server, và hiển thị dữ liệu trên ứng dụng di động và website. Hệ thống giám sát thời gian thực cho phép người dùng theo dõi tình trạng vườn bất cứ lúc nào. Hệ thống tự động có khả năng điều khiển các thiết bị dựa trên các ngưỡng được thiết lập trước. Lập trình hệ thống được thực hiện chi tiết, với các lưu đồ chương trình được mô tả rõ ràng. Chương trình con được sử dụng để phân chia các tác vụ, đảm bảo tính hiệu quả và dễ bảo trì. Thiết kế hệ thống phần cứng được thể hiện qua sơ đồ nguyên lý và bản vẽ mạch in. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống cung cấp cái nhìn tổng quan về hoạt động của hệ thống.
III. Kết quả và đánh giá
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và thi công một hệ thống giám sát vườn hoạt động ổn định. Hệ thống đáp ứng các yêu cầu về giám sát từ xa, điều khiển tự động, và giao diện người dùng thân thiện. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được cải thiện trong tương lai, như độ chính xác của cảm biến và khả năng mở rộng của hệ thống. Kết quả phần cứng và kết quả phần mềm được trình bày chi tiết trong đồ án. Giao diện app Blynk và giao diện website thể hiện sự thân thiện của hệ thống.
3.1. Phân tích kết quả
Đồ án đã đạt được các mục tiêu đề ra. Hệ thống giám sát hoạt động ổn định, cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Dữ liệu được thu thập và xử lý chính xác. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Tuy nhiên, vẫn còn một số điểm cần cải thiện. Độ chính xác của cảm biến có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống. Chi phí hệ thống giám sát vườn cần được tối ưu hóa hơn nữa. An toàn vườn trường được cải thiện gián tiếp nhờ khả năng giám sát từ xa của hệ thống. Hệ thống tưới tự động là một ứng dụng có thể được phát triển dựa trên hệ thống này.
3.2. Đánh giá và hướng phát triển
Đồ án có giá trị thực tiễn cao, có thể ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Hệ thống có thể được mở rộng để tích hợp thêm các tính năng khác, như hệ thống giám sát camera, phân tích hình ảnh để phát hiện sâu bệnh hại, và tích hợp với hệ thống dự báo thời tiết. Nghiên cứu khoa học HCMUTE có thể tiếp tục phát triển hệ thống này. Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh có thể hỗ trợ sinh viên trong việc hoàn thiện hệ thống. Internet of Things (IoT) có thể được ứng dụng sâu rộng hơn nữa trong nông nghiệp. Hệ thống giám sát thông minh là xu hướng phát triển của nông nghiệp hiện đại.
