CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Cùng với sự phát triển vượt bậc công nghệ 4.0, việc áp dụng những công nghệ kỹ thuật vào đời sống ngày càng được phổ biến, rộng rãi đã mang lại nhiều lợi ích cho con người trong cuộc sống. Với sự phát triển mạnh mẽ này nhiều thiết bị máy móc hiện đại cũng như thiết bị thông minh được ra đời đã đóng góp quan trọng hầu hết trong mọi lĩnh vực hiện nay như: khoa học kỹ thuật,công nghiệp, nông nghiệp, quản lý,… Việc ứng dụng hệ thống IoT vào nông nghiệp sẽ giúp người nông dân dễ dàng hơn trong việc quản lý, hiệu quả nâng suất sảnixuấtinônginghiệp tăng cao. Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan,… đã và đang ứng dụng, phát triển các hệ thống IoT cho nông nghiệp. Có hệ thống này giúp theo dõi và điều khiển hoạt động trong nông nghiệp và tự động hiệu quả.
Ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả trong sản xuất nhu cầu ứng dụng IoT cho nông nghiệp ngày càng cần thiết. Nhiều doanh nghiệp lớn ở Việt Nam như: FPT, VinGroup, MISA,… đã cung cấp nhưng giải pháp IoT cho nông nghiệp như hệ thống tưới nước tự động, quản lý trang trạng thông minh, theo dõi thông số môi trường,… Tuy nhiên việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp vẫn còn gặp những khó khăn như: chi phí đầu tư cao, kết nối mạng ở nông thôn còn hạn chế, … Dâu tây là một loại cây trồng khá phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước châu Âu đối với nước ta dâu tây còn là loại cây có giá trị kinh tế cao so với các loại cây ăn quả khác. Đây là loại cây có giá trị kinh tế cao được trồng phổ biến ở các khu vực có khí hậu mát mẻ phù hợp với các tỉnh khu vực Nam Trung Bộ như Đà Lạt, Lâm Đồng. Cây dâu tây có thể được trồng ở nhiều loại mô hình khác nhau như: trong nhà kính, trong các giá thể khác nhau, trồng thủy canh… nhưng phải có sự giám sát về chế độ dinh dưỡng và các thông số môi trường ảnh hưởng đến điều kiện phát triển của dâu tây đem lại lợi ích kinh tế cao.
Nước ta chủ canh tác nông nghiệp theo kiểu truyền thống kém hiệu quả, tốn nhiều thời gian và công sức, sản xuất chủ yếu ở quy mô nhỏ. Bên cạnh đó, biến đổi diễn ra nhanh chóng ảnh hướng đến các yếu tố môi trường đã tác động xấu đến năng suất cây trồng đặc 1 biệt là cây dâu tây loại cây dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Để giúp giải quyết tình trạng trên người thực hiện đã chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG IOT ỨNG DỤNG TRONG CHĂM SÓC CÂY DÂU TÂY”. Việc thiết kế và triển khai hệ thống IoT trong chăm sóc cây dâu tây không chỉ mang lại cơ hội cải thiện hiệu quả sản xuất nông nghiệp mà còn góp phần giảm bớt áp lực mà biến đổi khí hậu đang đặt ra đối với ngành nông nghiệp của nước ta.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Xây dựng mô hình khu vườn có ứng dụng công nghệ IoT và LoRa giúp dễ dàng theo dõi thông số môi trường và điều khiển các thiết bị.
Hệ thống khả năngithuithậpicácithông sốimôiitrườngithôngiquaicácicảmibiến như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất. Hệ thống cho phép kết nối nhiều khu vườn ở xa đáp ứng triển khai quy mô sản xuất lớn. Thiết kế Webserver giúp ngườiidùngicóithểigiámisát các thôngisốimôiitrườngivà điều khiểnicácithiếtibị điện có trong khu vườn từ xa. Giao diện Web sẽ cũng cấp cho người dùng thông tin về thông số theo thời gian thực và cho phép điều khiển các thiết bị điện có tại vườn.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Sử dụng các module có sẵn đểithựcihiệniđề tài.
Chỉ sửidụng cây dâu tây được nuôi trồng trong nhà kính làm đối tượng nghiênicứuithực hiện đềitài. Chỉ kết nối với 2 vườn khác nhau.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiênicứu, tìmihiểuicácihệithống IoT ứng dụng chăm sóc cây trồng. Tìm hiểu về điều kiện sinhitrưởngicủa cây dâu tây, các yếu tố môiitrườngiảnhihưởng đếniquáitrình sinh trưởng như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất. Thiết kế hệ thống giám sát môi trường, chăm sóc cây dâu tây.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, tìm hiểu về yêu cầu sinh trưởng của cây dâu, các thức hoạt động của công nghệ LoRa, các nguyên lý hoạt động của phần cứng ESP32, module LoRa SX1278, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất… Tìm hiểu về cách lập trình Website giao diện người sử dụng và cơ sở dữ liệu.
Phạm vị: Nghiên cứu dựa trên những mô hình đã có sẵn, tích hợp và ứng dụng cho đề tài.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO Chươngi1: Tổngiquan Trong chương nàyitrình bày về tổng quan, lýidoichọniđềitài, mục tiêu, các giới hạn của đề tài và bố cục đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trongichươnginàyitrìnhibàyivềicácicơisởilý thuyết cóiliêniquaniđếnicácivấniđềimàiđề tại đã đặt ra thựcihiện cho việc thiết kế và thi công hệ thống. Chương 3: Thiết kế hệ thống Trong chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề bài của người thiết kế, tính toán lựa chọn linh kiện , xây dựng sơiđồikhối và thiếtikếisơiđồinguyên lý của hệ thống. Chương 4: Kết quả thực hiện Trong chương này thực hiện lắp ráp mô hình hệ thống và kết quả của thi công mô hình hệ thống, kết quả thiết kế Webserver.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Trình bày kết quả và hạn chế của hệ thống, đưa ra hướng phát triển của hệ thống. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT 2.1 Định nghĩa IoT được viết tắt của cụm từ Internet of Things, nghĩa là Internet vạn vật hoặc vạn vật kết nối, dùng để chỉ các thiết bị vật lý có khả năng kết nối Internet để thu thập dữ liệu, chia sẽ dữ liệu toàn cầu thông qua mạng Internet mà không cần sự can thiệp của con người. Chúng tạo ra mạng lưới thông tin toàn cầu cho phép cái thiết bị truy cập chia sẽ dữ liệu qua lại từ xa [1]. Chúngiđượcidùng đểikết nối các thiết bị riêng với nhau thông qua các chip cảm biến nhằm phát hiện và chuyển đổiicác thôngitin dữ liệuimình nhậniđược thành "hành động" tươngiứngitiếpitheo thông quaiđiềuihướngimạngiInternet [2].2 Ứng dụng Theo dự đoán của Gartner, Inc., một công ty nghiên cứu và tư vấn hàng đầu về công nghệ, sẽ có đến 26 tỷ thiết bị được kết nối vào mạng lưới IoT vào năm 2020 [3].
Con số này được dự đoán sẽ tiếp tục tăng mạnh trong những năm tới, với ABI Research ước tính sẽ hơn 30 tỷ thiết bị sẽ được kết nối không dây vào năm 2020 [4]. Một cuộc khảo sát gần đây do Dự án Nghiên cứu Internet Pew Research thực hiện cho thấy sự tin tưởng tưởng của các chuyên gia công nghệ vào tiềm này to lớn của IoT. 83% số chuyên gia tham gia khảo sát đồng ý rằng IoT cùng với các hệ thống nhúng, tính toán và cac hệ thống năng động tương ứng sẽ mang lại những lợi ích to lớn và tác động rộng khắp đến năm 2025 [5]. Những con số và dự đoán này cho thấy rõ ràng rằng IoT sẽ trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta.
IoT cóithểiứngidụngitronginhiềuilĩnhivựcikhácinhau - Công nghiệp: Tối ưu hóa các công đoạn sản xuất, giám sát, kiểmitraichấtilượngisản phẩmigiúp tăng hiệu quả giảm thiểu sai sót, giảm lỗi - Nông nghiệp: Ứng dụng IoT trong ngành trồng trọt giúp người nông dân theo dõi các thôngisốimôiitrường cần thiết cho cây trồng nhưinhiệtiđộ, độiẩm, độiẩmiđất, ánh sáng… qua đó có cácibiệniphápiphùihợp để khác phục biến đổiikhíihậu từ đó tiết kiệm được sức lao động và nângicaoinăngisuất. - Yitế: Giúp bác sĩ theo dõi dữ liệu sức khỏe của bệnh nhân thông qua cácithiếtibị y tế thôngiminhitrong thời gian thực qua đó kế hoạch phù hợp cho liệu trình chăm sóc sức khỏe tiếp theo. - Giao thông: Mang lại những giải pháp thông minh đảm bảo an toàn giao thông, cung cấp lưu lượng xe trong giờ cao điểm để kịp thời đưa ra giải pháp tránh ùn tắc giao thông.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY DÂU TÂY Dâu tây, hay còn gọi là dâu đất, có tên khoa học là Fragaria, thuộc họ hoa hồng. Loài cây thân thảo này cho những quả mọng nước với hương vị chua ngọt đặc trưng, được nhiều yêu từ trẻ em cho đến người lớn.
Nguồn gốc của cây dâu tây bắt nguồn từ Nam Mỹ. Vào thế kỷ 18, các nhà nông dân châu Âu đã lai tạo thành công, tạo nên giồng dâu tây phổ biến như hiện nay. 5 Quả dâu tây mang lại giá trị dinh dưỡng cao đặc biệt là giàu hàm lượng Vitamin C. Dâu tây có thể chế biến thành nhiều loại sản phẩm khác nhau như: ăn tươi, nước giải khát, làm mứt, chế biến hương vị có các loại thực phẩm… Cây dâu tây được trồng ở khác khu vực có khí hậu ôn đới như các nước châu Âu, ở Việt Nam dâu tây cũng được trồng nhiều ở khu vực Đà Lạt, Lâm Đồng, Sapa.
Cây dâu tây có thể được chăm sóc ở các mô hình khác nhau tùy thuộc vào điều kiện ở từng khu vực như: trong nhà kính và ngoài trời.2 Mô hình trồng dâu tây trong nhà kính 6 Hình 2.3 Mô hình trồng dâu tây ngoài trời Điều kiện phátitriểnicủaicâyidâuitây [7]: - Nhiệt độ: là cây trồng thích hợp với những nơi có khí hậu mát mẻ, nhiệt độ phù hợp với quáitrìnhiphátitriển và sinh trường là từ 18 – 22 oC. Ở thời kì cây đâm chồi và hoa là từ 15 – 24 oC. Thời kì quả phát triển là 15 – 22 oC. - Độiẩmikhôngikhí: Độiẩm tốt nhấtigiúpicâyisinhitrưởngivàiphátitriển là 60 - 80% nếu độ quá cao hay thấp sẽ gây bất lợi cho cây ảnhihưởngiđếnichấtilượngisản phẩm.
- Đất trồng: Cần hầm lượng chất dinh dưỡng trong đất cao, giữ ẩm và thoát nước tốt. Độ ẩm đất tốt cho cây là từ 40 – 60%.3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2.1 Chuẩn truyền thông Wifi Wifi (Wireless Fidelity) là hệ thống truy cập internet không dây. Loạiisóngivôituyến nàyitươngitựinhưisóngiđiệnithoại, truyềnihìnhivàiradio. Wifi là công cụ kết nối không thể thiếu trên điện thoại, laptop, máy tính bảng và một số thiết bị thông minh khác như smartwatch.
Nguyên lý hoạt động Một thiếtibịikhôngithểithiếuitrongiviệc tạo một kết nối thu phát sóng Wifi đó là Router hay còn gọi là bộ thu phát. Nguyên tắc hoạt động của Router là sẽ thu sóng thông tin thông 7 qua kết nối mạng hữu tuyến sau đó nó sẽ xuất ra sóng tín hiệu vô tuyến. Trongimỗiithiết bị diiđộngisẽ có bộichuyểniđổiitínihiệuikhôngidây(Adapter) dùng để thu lấy tín hiệu sóng vô tuyến phát ra từ Router Wifi rồi giải mã các tín hiệu này thành những tín hiệu cần thiết. Quá trình thu phát và chuyển đổi tín hiệu có thể diễn ra qua lại giữa Router và Adapter, Adapter cũng có thể chuyển đổi và phát tín hiệu như Router và Router cũng có thể nhận và chuyển đổi tín hiệu như Adapter.