I. Thiết kế hệ thống IoT giám sát
Đề tài tập trung vào thiết kế hệ thống IoT giám sát vườn rau quả, sử dụng sóng RF NRF24L01X để giao tiếp không dây. Hệ thống bao gồm ba thành phần chính: mạch cảm biến (cảm biến IoT vườn rau) thu thập dữ liệu môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng…), mạch điều khiển trung tâm (Gateway) xử lý và truyền dữ liệu, và phần mềm giám sát (phần mềm giám sát IoT) trên web. Thiết kế hệ thống IoT này hướng đến giải pháp giám sát điều khiển IoT hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và chi phí cho nông nghiệp. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống giám sát vườn rau quả chính xác, đáng tin cậy, và dễ sử dụng. Ứng dụng IoT nông nghiệp này sẽ đóng góp vào nông nghiệp chính xác và nông nghiệp thông minh. Việc lựa chọn module NRF24L01X là vì khả năng giao tiếp không dây ổn định và tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp với ứng dụng IoT trong nông nghiệp. Thu thập dữ liệu IoT từ các cảm biến được thực hiện một cách hiệu quả. Xử lý dữ liệu IoT diễn ra trên Gateway, sau đó được truyền lên Webserver để giám sát từ xa IoT.
1.1. Mô hình hệ thống và kiến trúc
Mô hình hệ thống bao gồm ba module chính: mạch cảm biến (Sensors), mạch điều khiển trung tâm (Gateway) và phần mềm giám sát trên web. Mạch cảm biến sử dụng các cảm biến như cảm biến IoT vườn rau (cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) để thu thập dữ liệu môi trường. Dữ liệu được truyền đến mạch điều khiển trung tâm (Gateway) qua giao tiếp sóng RF sử dụng module NRF24L01X. Gateway, dựa trên vi điều khiển STM32F103x, xử lý dữ liệu, và truyền dữ liệu lên Webserver thông qua kết nối Wifi (ESP8266). Phần mềm giám sát hiển thị dữ liệu trực quan và cho phép người dùng điều khiển từ xa IoT các thiết bị ngoại vi. Thiết kế phần cứng được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống. Thiết kế phần mềm tập trung vào giao diện người dùng thân thiện và khả năng xử lý dữ liệu IoT hiệu quả. Mạng lưới cảm biến không dây được thiết kế để đảm bảo truyền dữ liệu ổn định và giảm thiểu nhiễu. Giải pháp IoT nông nghiệp được tối ưu hoá để phù hợp với điều kiện thực tế của vườn rau quả. Đây là một ứng dụng thực tế IoT hiệu quả.
1.2. Thiết kế phần cứng và phần mềm
Thiết kế mạch IoT được thực hiện dựa trên nền tảng vi điều khiển STM32F103x cho Gateway. Thiết kế phần cứng bao gồm các mạch xử lý, giao tiếp, nguồn và các mạch bảo vệ. Module NRF24L01X đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp không dây giữa mạch cảm biến và Gateway. Thiết kế phần mềm sử dụng ngôn ngữ lập trình C, tập trung vào hiệu quả xử lý dữ liệu và giao tiếp. Phát triển hệ thống IoT đòi hỏi việc lựa chọn cẩn thận các thành phần phần cứng và phần mềm để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả. Arduino và Raspberry Pi có thể được xem xét như những giải pháp thay thế, nhưng STM32F103x được chọn cho khả năng xử lý mạnh mẽ và tiêu thụ năng lượng thấp. Thiết kế phần mềm giám sát trên nền tảng web sử dụng Web API. An ninh hệ thống IoT được đảm bảo thông qua các biện pháp bảo mật phù hợp. Tối ưu hoá hệ thống IoT được thực hiện để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ của thiết bị. Thực hiện thiế kế IoT này mang lại một hệ thống giám sát điều khiển IoT hiệu quả.
II. Kết quả và phân tích
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Dữ liệu từ các cảm biến được thu thập và hiển thị trên giao diện web một cách đầy đủ. Hệ thống cho phép điều khiển từ xa IoT các thiết bị ngoại vi một cách hiệu quả. Giám sát độ ẩm đất, giám sát nhiệt độ, giám sát ánh sáng đều đạt được độ chính xác cao. Việc sử dụng sóng RF NRF24L01X đảm bảo kết nối không dây ổn định trong phạm vi hoạt động. Tiết kiệm năng lượng là một ưu điểm đáng kể của hệ thống. Cảnh báo sớm IoT có thể được tích hợp để thông báo cho người dùng khi có sự cố xảy ra. Tăng năng suất nông nghiệp là mục tiêu chính của hệ thống. Ứng dụng thực tế IoT này đã chứng minh được hiệu quả của công nghệ IoT trong nông nghiệp. Thực hành thiết kế IoT này đã thành công.
2.1. Đánh giá hiệu quả hệ thống
Hệ thống đã đạt được các mục tiêu đề ra về độ chính xác, độ tin cậy và khả năng sử dụng. Dữ liệu thu thập từ các cảm biến chính xác và được hiển thị trực quan trên giao diện web. Khả năng điều khiển từ xa IoT hoạt động mượt mà và đáp ứng nhanh chóng. Hệ thống hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường thực tế. Tiết kiệm nước tưới tiêu là một trong những lợi ích đáng kể của hệ thống. Tối ưu hóa sử dụng phân bón cũng được cải thiện nhờ hệ thống giám sát chính xác. Giảm thiểu rủi ro trong canh tác nhờ khả năng cảnh báo sớm. Cải thiện chất lượng nông sản là một kết quả tích cực. Mô hình hệ thống IoT đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong nông nghiệp. Ứng dụng IoT trong nông nghiệp đã được chứng minh là hiệu quả.
2.2. Phân tích ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm: Hệ thống nhỏ gọn, dễ lắp đặt, chi phí thấp, hiệu quả cao, khả năng điều khiển từ xa IoT thuận tiện. Nhược điểm: Phạm vi hoạt động của sóng RF bị giới hạn, tính bảo mật cần được cải thiện. An ninh hệ thống IoT là một điểm cần được nâng cấp. Thu thập dữ liệu IoT có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu tín hiệu trong môi trường thực tế. Cải thiện khả năng chống nhiễu là một hướng phát triển quan trọng. Việc tích hợp thêm nhiều loại cảm biến khác nhau sẽ làm tăng khả năng giám sát vườn rau quả. Ứng dụng thực tế IoT này có thể được mở rộng và tùy chỉnh để phù hợp với các loại cây trồng khác nhau. Phát triển hệ thống IoT còn nhiều tiềm năng.
