I. Thiết kế hệ thống quản lý vườn rau sạch Tổng quan và mục tiêu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công hệ thống quản lý mô hình vườn rau sạch qua mạng tại HCMUTE (Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh) tập trung vào việc xây dựng một hệ thống giám sát và điều khiển từ xa vườn rau. Hệ thống này sử dụng các cảm biến môi trường (cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến ánh sáng) kết hợp với vi điều khiển và module ESP8266 để thu thập và truyền dữ liệu lên ứng dụng di động Android. Mục tiêu chính là tạo ra một giải pháp quản lý vườn rau sạch thông minh, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và công sức trong việc chăm sóc vườn rau, đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm. Hệ thống hướng đến việc ứng dụng Internet of Things (IoT) trong nông nghiệp, góp phần vào xu hướng nông nghiệp thông minh và an toàn thực phẩm. Thiết kế hệ thống quản lý vườn rau sạch này là một dự án tốt nghiệp HCMUTE, thể hiện nghiên cứu khoa học của sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông.
1.1 Phân tích nhu cầu và thách thức
Nghiên cứu chỉ ra nhu cầu ngày càng tăng về thực phẩm sạch. Việc trồng rau tại nhà trở nên phổ biến, tuy nhiên, thiếu thời gian chăm sóc là trở ngại lớn. Đồ án này giải quyết vấn đề này bằng việc tích hợp công nghệ IoT. Hệ thống tự động giám sát và điều khiển các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng. Thách thức bao gồm việc lựa chọn cảm biến phù hợp, thiết kế phần cứng hiệu quả, lập trình giao diện người dùng thân thiện, đảm bảo độ tin cậy và khả năng mở rộng của hệ thống. Quản lý vườn rau sạch thông minh đòi hỏi sự chính xác cao trong thu thập và xử lý dữ liệu. Giám sát vườn rau từ xa giúp người dùng chủ động hơn trong việc chăm sóc, nhưng cần đảm bảo tính bảo mật và ổn định của kết nối mạng. Ứng dụng quản lý vườn rau cần thiết kế đơn giản, dễ sử dụng cho mọi đối tượng.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế và thi công một hệ thống quản lý vườn rau sạch qua mạng. Hệ thống này phải đảm bảo các chức năng chính: thu thập dữ liệu môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng), điều khiển các thiết bị (bơm nước, đèn), hiển thị dữ liệu trên ứng dụng di động, và hoạt động tự động dựa trên các ngưỡng đã thiết lập. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế phần cứng, lập trình vi điều khiển (Arduino), phát triển ứng dụng Android, tích hợp module ESP8266 cho kết nối Wifi. Hệ thống sẽ được thử nghiệm trong môi trường phòng thí nghiệm. Đồ án tập trung vào thiết kế hệ thống nhúng, sử dụng phần mềm quản lý vườn rau, và thu thập dữ liệu môi trường. Phân tích dữ liệu vườn rau được thực hiện để tối ưu hóa quá trình điều khiển tự động. Giải pháp nông nghiệp thông minh này hướng đến sự đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả cao.
II. Thiết kế hệ thống Cấu trúc và công nghệ
Hệ thống bao gồm các thành phần chính: mô hình vườn rau, mạch điều khiển, cảm biến, module ESP8266, và ứng dụng Android. Mô hình vườn rau được thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với điều kiện trồng rau trong nhà. Mạch điều khiển dựa trên vi điều khiển ATmega328, xử lý dữ liệu từ các cảm biến môi trường. ESP8266 đảm bảo kết nối Wifi, cho phép giám sát vườn rau từ xa. Ứng dụng Android cung cấp giao diện trực quan, cho phép người dùng theo dõi thông số, điều khiển hệ thống, và xem báo cáo. Phần mềm quản lý vườn rau được phát triển dựa trên nền tảng Android Studio. Công nghệ Internet of Things (IoT) được ứng dụng để xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa.
2.1 Phần cứng Cảm biến và thiết bị điều khiển
Hệ thống sử dụng các cảm biến chính: cảm biến ánh sáng BH1750, cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11, cảm biến độ ẩm đất. Vi điều khiển ATmega328 đóng vai trò trung tâm, thu thập và xử lý dữ liệu. Module ESP8266 kết nối hệ thống với mạng Wifi. Các thiết bị điều khiển bao gồm: máy bơm nước, đèn LED. Thiết bị IoT trong nông nghiệp này cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ chính xác và độ bền. Thu thập dữ liệu cảm biến cần được lập trình chính xác để tránh lỗi. Kiểm soát nhiệt độ độ ẩm là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự phát triển của cây trồng.
2.2 Phần mềm Lập trình và giao diện người dùng
Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ C cho vi điều khiển và Java cho ứng dụng Android. Phần mềm quản lý vườn rau trên Android cung cấp giao diện trực quan, dễ sử dụng. Ứng dụng di động quản lý vườn rau cho phép người dùng theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và điều khiển các thiết bị. Xử lý dữ liệu cảm biến được thực hiện trên vi điều khiển. Dữ liệu được truyền qua mạng Wifi đến ứng dụng Android. Dashboard quản lý vườn rau hiển thị thông tin trực quan. Hệ thống cảnh báo sẽ thông báo cho người dùng khi có sự cố. Báo cáo quản lý vườn rau tổng hợp các thông số quan trọng.
III. Kết quả và đánh giá
Đồ án đã hoàn thành việc thiết kế và thi công hệ thống. Hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống thu thập và truyền dữ liệu chính xác. Ứng dụng Android thân thiện, dễ sử dụng. Hệ thống có khả năng giám sát và điều khiển tự động. Giải pháp nông nghiệp thông minh này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi.
3.1 Kết quả thử nghiệm và phân tích
Các thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Độ chính xác của các cảm biến môi trường được kiểm tra. Khả năng truyền dữ liệu của module ESP8266 được đánh giá. Hiệu quả của điều khiển tự động được phân tích. Phân tích dữ liệu vườn rau cho thấy sự tương quan giữa các thông số môi trường và sự phát triển của cây trồng. Kiểm soát nhiệt độ độ ẩm đã được thực hiện hiệu quả. Hệ thống cảnh báo hoạt động đúng chức năng. Kết quả cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
3.2 Đánh giá và hướng phát triển
Hệ thống đạt được các mục tiêu đề ra. Thiết kế hệ thống quản lý vườn rau sạch này có giá trị thực tiễn cao. Ứng dụng di động quản lý vườn rau rất tiện lợi cho người dùng. Giải pháp nông nghiệp thông minh này có thể được phát triển thêm các tính năng như: tích hợp hệ thống tưới tự động, cảnh báo sâu bệnh, quản lý lịch trồng trọt. Nghiên cứu có thể được mở rộng để áp dụng cho quy mô lớn hơn. Rau sạch tại TP. Hồ Chí Minh có thể được sản xuất hiệu quả hơn nhờ hệ thống này. Xu hướng nông nghiệp hiện đại đang hướng tới các giải pháp tự động hóa và thông minh như vậy.
