Đồ án HCMUTE: Thiết kế và thi công hệ thống quản lý vườn rau sạch qua mạng

Khám phá đồ án HCMUTE thiết kế và thi công hệ thống quản lý mô hình vườn rau sạch qua mạng, ứng dụng công nghệ hiện đại trong nông nghiệp.

• Tác giả: Lê Trọng Hữu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Hệ Thống Quản Lý Mô Hình Vườn Rau Sạch Qua Mạng
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.1. Tính toán và thiết kế hệ thống
• 3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 3.1.2. Tính toán và thiết kế mạch
• 3.1.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch
• 3.2. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 3.2.1. Thi công board mạch
• 3.2.2. Lắp ráp và kiểm tra
• 3.2.3. Đóng gói và thi công mô hình
• 3.2.3.1. Đóng gói bộ điều khiển
• 3.2.3.2. Thi công mô hình
• 3.2.4. Lập trình hệ thống
• 3.2.4.1. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
• 3.2.4.2. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác
• 3.2.4.2.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
• 3.2.4.2.2. Quy trình thao tác
• 4. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Bộ vi điều khiển
• 4.2. Tính toán công suất nguồn
• 4.3. Board mạch in
• 4.4. Khối công suất
• 4.5. Phần mềm lập trình
• 4.5.1. Phần mềm lập trình trên ATMega328
• 4.5.2. Phần mềm lập trình Android Studio
• 4.6. Kết quả mô phỏng
• 4.6.1. Hình ảnh ứng dụng Android
• 4.6.2. Kết quả mô hình thực tế
• 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm tại Việt Nam đang là mối quan tâm lớn của toàn xã hội. Thống kê của Bộ Y tế được nhóm tác giả trích dẫn cho thấy mỗi năm cả nước ghi nhận khoảng 150.000 ca mắc mới và hơn 75.000 trường hợp tử vong do các bệnh ung thư, trong đó một nguyên nhân đáng kể bắt nguồn từ việc tiêu thụ thực phẩm không an toàn có tồn dư chất kích thích sinh trưởng, hóa chất tăng trọng và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật vượt mức cho phép. Thực trạng khó khăn trong công tác kiểm soát chuỗi cung ứng, cùng sự sai lệch trong các kết quả phân tích chất lượng nông sản, tạo nên tâm lý lo lắng cho người tiêu dùng. Giải pháp tự canh tác các loại rau ngắn ngày, đặc biệt là rau mầm tại nhà, được nhiều hộ gia đình lựa chọn; tuy nhiên, quỹ thời gian hạn hẹp của người dân đô thị trở thành rào cản lớn trong việc duy trì chu trình chăm sóc thủ công đều đặn.

Xuất phát từ bối cảnh thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống quản lý mô hình vườn rau sạch qua mạng" được nhóm sinh viên Lê Trọng Hữu và Lê Thành Luân thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm cung cấp một giải pháp tự động hóa quá trình giám sát và chăm sóc cây trồng tại gia. Tác giả đã tham khảo mô hình "Máy phun sương tự động" từ diễn đàn Arduino Việt Nam—vốn chỉ ứng dụng cảm biến nhiệt độ để điều khiển bơm phun sương—từ đó mở rộng và hoàn thiện hệ thống với việc tích hợp đa cảm biến, module thời gian thực, kết nối Internet và ứng dụng điều khiển chuyên dụng trên điện thoại thông minh.

Hệ thống được thiết kế nhằm đáp ứng các mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Thu thập tự động các dữ liệu môi trường thời gian thực bao gồm nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm của đất và cường độ ánh sáng thông qua các cảm biến chuyên dụng.
2. Xử lý tập trung các thông số môi trường bằng vi điều khiển và truyền dữ liệu lên mạng Internet thông qua module kết nối không dây.
3. Xây dựng ứng dụng di động trên nền tảng Android cho phép người dùng giám sát các chỉ số môi trường, theo dõi trạng thái thiết bị và trực tiếp điều khiển đóng/ngắt máy bơm, hệ thống đèn từ xa.
4. Thiết lập cơ chế vận hành độc lập (chế độ tự động), cho phép hệ thống phân tích các ngưỡng thông số môi trường để tự kích hoạt thiết bị ngoại vi nhằm duy trì điều kiện sinh trưởng tối ưu cho rau mầm mà không cần can thiệp thủ công.
5. Triển khai phân quyền và bảo mật cơ bản thông qua giao diện đăng ký, đăng nhập tài khoản người dùng trên ứng dụng di động.

Đề tài đặt ra 6 nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu:

• Nhiệm vụ 1: Thu thập và tổng hợp dữ liệu nông học liên quan đến quy trình trồng rau mầm ngắn ngày (chế độ nước tưới, độ ẩm, nhu cầu bước sóng ánh sáng).
• Nhiệm vụ 2: Khảo sát, nghiên cứu thông số kỹ thuật và phương thức giao tiếp của các cảm biến môi trường.
• Nhiệm vụ 3: Thiết kế phần cứng, tính toán chọn linh kiện và lập sơ đồ nguyên lý cho các khối chức năng.
• Nhiệm vụ 4: Thiết kế và thi công mô hình khung cơ khí và hệ thống đường ống thủy lực.
• Nhiệm vụ 5: Lập trình nhúng cho vi điều khiển, module Wi-Fi và lập trình giao diện người dùng trên Android Studio.
• Nhiệm vụ 6: Vận hành thử nghiệm, đo đạc độ trễ truyền thông và đánh giá sự sinh trưởng của mô hình thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

• Đối tượng nghiên cứu: Mô hình phần cứng nhúng quản lý vi khí hậu vườn rau mầm và phần mềm ứng dụng di động Android kết nối cơ sở dữ liệu thời gian thực.
• Phạm vi phần cứng và mô hình: Hệ thống được thiết kế để phục vụ trong nhà; khung cơ khí kệ sắt có kích thước 81 cm x 41 cm x 70 cm; dung lượng gieo trồng thử nghiệm định mức 30 gram hạt giống rau mầm (cải mầm); sử dụng một máy bơm mini công suất 60 W và dải đèn LED chiếu sáng bao phủ diện tích 3,2 m².
• Phạm vi thời gian thực hiện: Từ ngày 29/09/2016 đến ngày 30/12/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về cơ sở sinh học nông nghiệp, nhóm tác giả nghiên cứu chu trình trồng rau mầm cải sử dụng giá thể xơ dừa đã xử lý (độ dày 2–3 cm, trải giấy thấm) với mật độ gieo khoảng 10 gram/40 cm². Hạt giống được ngâm nước ấm 40–45 °C từ 2 đến 5 giờ, ủ tối 2–3 ngày, sau đó được đưa ra nơi có ánh sáng nhẹ và tưới phun sương 2 lần mỗi ngày hoặc duy trì theo độ ẩm giá thể. Đồ án khảo sát cụ thể phổ bước sóng ánh sáng ảnh hưởng đến sinh trưởng thực vật:

• Ánh sáng cận cực tím (UV, 10–400 nm): Bước sóng 385 nm kích thích tổng hợp hợp chất phenolic và tăng hoạt tính chống oxy hóa.
• Ánh sáng xanh dương (430–450 nm): Bước sóng 450 nm kích hoạt Cryptochromes và Phototropins, hỗ trợ mở khí khổng, thúc đẩy rễ phát triển và tăng cường quang hợp ở giai đoạn cây con.
• Ánh sáng xanh lá cây (500–550 nm): Hầu như không tham gia quang hợp, dùng trộn màu cho mắt người quan sát.
• Ánh sáng đỏ: Kích thích quang hợp, điều hòa protein Phytochrome (dạng Pr và Pfr), kiểm soát sự kéo dài thân và chu kỳ phát triển của cây ngắn ngày.

Bên cạnh đó, các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí và độ pH của đất (nhóm cây họ cải yêu cầu pH từ 5,5 đến 6,8) cùng chất lượng nguồn nước tưới sạch (nước giếng khoan hoặc ao hồ lưu thông) được khảo sát để làm căn cứ thiết lập các ngưỡng kích hoạt thiết bị.

Về nền tảng phần cứng và công nghệ điện tử:

• Vi điều khiển ATmega328: Kiến trúc RISC 8-bit, bộ nhớ Flash 32 KByte, SRAM 2 KByte, EEPROM 1 KByte, hoạt động ở điện áp 1,8 V – 5 V. Tích hợp bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) 10-bit với 8 kênh đầu vào đơn (ADC0–ADC7), hỗ trợ truyền thông nối tiếp USART, bus I2C (giao diện TWI) và SPI.
• Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750: Tích hợp sẵn photo diode có độ nhạy quang phổ phù hợp mắt người, mạch khuếch đại quang điện và bộ biến đổi ADC nội 16-bit. Dải đo từ 1 đến 65.535 lux, giao tiếp qua bus I2C (chân SDA, SCL). Cung cấp các chế độ đo độ phân giải cao liên tục (Continuously H-Resolution Mode, 1 lux, 120 ms), độ phân giải cao mức 2 (0,5 lux, 120 ms) và độ phân giải thấp (Continuously L-Resolution Mode, 4 lux, 16 ms).
• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí DHT11: Sử dụng phần tử điện trở nhiệt và cảm biến độ ẩm điện dung biến thiên. Dải đo nhiệt độ từ 0–50 °C, dải đo độ ẩm 20–95 %RH với tần số lấy mẫu 1 Hz. Giao tiếp theo chuẩn 1 dây (1-wire), truyền nhận chuỗi dữ liệu 40-bit (5 byte) gồm phần nguyên, phần thập phân của nhiệt độ/độ ẩm và byte kiểm tra lỗi (checksum).
• Cảm biến độ ẩm đất: Gồm cặp thanh kim loại cắm vào giá thể kết hợp mạch so sánh điện áp sử dụng vi mạch LM393. Điện áp ngưỡng được thiết lập cố định qua biến trở vào chân Vin (-), chân Vin (+) nối cầu phân áp từ que đo; khi đất khô, điện áp Vin (+) tăng khiến đầu ra chuyển mức cao (1), khi đất đủ ẩm, đầu ra chuyển mức thấp (0).
• Module thời gian thực DS1307: Cung cấp thông tin ngày, giờ, phút, giây qua giao tiếp I2C phục vụ kích hoạt chu kỳ tưới và bật tắt đèn theo giờ định trước.
• Module Wi-Fi ESP8266 (phiên bản Witty Cloud): Đóng vai trò cầu nối giao tiếp mạng qua cổng UART với ATmega328, truyền nhận các gói tin TCP/IP lên các nền tảng đám mây Thingspeak và Firebase.
• Mạch điều khiển công suất: Sử dụng bộ cách ly quang (Optocoupler) kết hợp rơ-le YLE 5VDC để cách ly mạch điều khiển khỏi tải công suất lớn gồm máy bơm mini HM-1205 và hệ thống đèn chiếu sáng.
• Khối nguồn hạ áp: Sử dụng IC nguồn xung chuyển mạch LM2576 để hạ áp và ổn định điện áp 5 V nuôi toàn bộ mạch điều khiển.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm: thu thập và phân tích tài liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất; tính toán phân tích thông số mạch; thiết kế mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng; vẽ mạch in hai lớp bằng phần mềm Orcad (Capture CIS và Layout); gia công mạch in thực tế bằng phương pháp ủi nhiệt và hàn lắp linh kiện; lắp ráp khung cơ khí kệ sắt; lập trình nhúng trên Arduino IDE và lập trình giao diện người dùng trên Android Studio.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được tổ chức thành các khối chức năng kỹ thuật liên kết chặt chẽ:

Khối chức năng	Phần cứng / Linh kiện sử dụng	Chuẩn giao tiếp / Vai trò kỹ thuật
Khối xử lý trung tâm	Vi điều khiển ATmega328 (chân cắm PDIP)	Đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thuật toán tự động, điều khiển rơ-le và truyền thông qua UART
Khối cảm biến ánh sáng	BH1750	Giao tiếp I2C (SDA, SCL), cung cấp giá trị số trực tiếp cường độ rọi theo đơn vị lux
Khối cảm biến vi khí hậu	DHT11	Giao tiếp 1 dây (chân DATA), thu thập nhiệt độ (0–50 °C) và độ ẩm không khí (20–95 %RH)
Khối cảm biến độ ẩm đất	Cặp điện cực + IC so sánh LM393	Cầu phân áp điện trở, ngõ ra số (DO) và tương tự (AO) báo trạng thái ẩm/khô
Khối thời gian thực	Module IC DS1307	Giao tiếp I2C, duy trì đếm thời gian thực phục vụ chu kỳ bật tắt đèn và tưới tự động
Khối truyền thông mạng	Module ESP8266 Witty Cloud	Giao tiếp nối tiếp UART với ATmega328, kết nối Wi-Fi truyền tải dữ liệu TCP/IP
Khối chấp hành công suất	Opto cách ly + Rơ-le YLE 5VDC	Cách ly tín hiệu vi điều khiển, đóng ngắt nguồn cho bơm mini HM-1205 (60 W) và đèn LED 5050
Khối hiển thị tại chỗ	Màn hình LCD 16x2	Hiển thị các thông số đo đạc trực quan tại tủ điều khiển
Khối nguồn nuôi	IC hạ áp switching LM2576, tụ lọc	Chuyển đổi và ổn định nguồn DC cung cấp cho vi điều khiển và các module cảm biến

Quy trình triển khai phần cứng được thực hiện qua các bước kỹ thuật: vẽ sơ đồ nguyên lý trên Capture CIS, tạo tập tin danh sách kết nối (Netlist), chuyển sang Layout để sắp xếp linh kiện và chạy đường mạch in 2 lớp. Sau đó, mạch in được in mực chuyển nhiệt lên tấm phíp đồng, thực hiện quá trình ngâm hóa chất ăn mòn, khoan lỗ chân linh kiện và hàn lắp hoàn thiện. Toàn bộ board mạch điều khiển được bố trí trong một hộp bảo vệ riêng biệt. Khung mô hình được gia công bằng kệ sắt đa năng 3 tầng kích thước 81 cm x 41 cm x 70 cm. Hệ thống tưới sử dụng bình cấp nước kết hợp máy bơm mini HM-1205 (công suất 60 W), dẫn qua đường ống và phun qua béc tưới phun sương số 3. Hệ thống quang học sử dụng dải LED 5050 gắn phía trên khay trồng nhằm đảm bảo phạm vi chiếu sáng 3,2 m².

Quy trình phát triển phần mềm được chia tách trên hai nền tảng:

• Phần mềm nhúng (ATmega328 và ESP8266): Viết trên công cụ Arduino IDE. ATmega328 chạy chương trình đọc tuần tự: gửi tín hiệu xung kéo thấp >18 ms đến DHT11 để nhận 40 bit dữ liệu; gửi lệnh khởi động chế độ đo đến BH1750 qua I2C để đọc 2 byte cường độ ánh sáng; đọc giá trị từ LM393 và cập nhật thời gian từ DS1307. Dữ liệu được xử lý để so sánh với các ngưỡng thiết lập; đồng thời được đóng gói truyền qua giao tiếp UART (chân PD0, PD1) đến ESP8266. ESP8266 được nạp chương trình thiết lập kết nối Wi-Fi trạm (Station Mode), thực hiện đẩy dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase và cập nhật kênh đồ thị trên Thingspeak.
• Phần mềm ứng dụng di động: Được lập trình bằng công cụ Android Studio trên nền tảng Android. Ứng dụng tích hợp SDK Firebase để đồng bộ dữ liệu thời gian thực hai chiều. Cấu trúc ứng dụng bao gồm: màn hình đăng nhập và đăng ký tài khoản người dùng; màn hình bảng điều khiển trung tâm (Dashboard) hiển thị các thông số thời gian thực (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, độ rọi sáng và trạng thái bơm/đèn); màn hình biểu đồ lịch sử theo dõi biến thiên các chỉ số; màn hình cài đặt cho phép người dùng nhập các ngưỡng giới hạn cường độ sáng và độ ẩm đất phục vụ chế độ tự động, hoặc kích hoạt các nút bấm điều khiển thiết bị ngoại vi bằng tay.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 thiết lập các cơ sở mở đầu của đề tài: chỉ ra tính cấp bách của vấn đề an toàn thực phẩm tại Việt Nam dựa trên số liệu ung thư của Bộ Y tế, nêu bật nhu cầu tự trồng rau mầm tại nhà và hạn chế về mặt thời gian của người dân. Tác giả phân tích dự án tiền đề "Máy phun sương tự động" trên diễn đàn Arduino Việt Nam để xác định phạm vi cần cải tiến. Chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo hệ thống quản lý vườn rau qua mạng, liệt kê 6 nội dung nhiệm vụ nghiên cứu, đồng thời công bố rõ các giới hạn vật lý của mô hình thử nghiệm (gieo trồng 30 gram hạt giống cải mầm, kích thước khung sắt 81 cm x 41 cm x 70 cm, bơm mini 60 W, đèn LED diện tích 3,2 m² và chỉ ứng dụng trong nhà).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống hai trụ cột kiến thức phục vụ đề tài:

• Quy trình kỹ thuật nông nghiệp trồng rau mầm: Hướng dẫn chi tiết từng công đoạn từ chọn hạt giống, xử lý giá thể xơ dừa (dày 2–3 cm), kỹ thuật ngâm hạt (nước ấm 40–45 °C từ 2–5 giờ), mật độ gieo 10 g/40 cm², quy trình ủ tối và chăm sóc tưới phun sương 2 lần mỗi ngày cho đến khi thu hoạch sau khoảng 6 ngày. Đưa ra các khảo sát khoa học về tác động của bước sóng ánh sáng (UV 10–400 nm, xanh dương 430–450 nm kích hoạt Cryptochromes/Phototropins, xanh lá 500–550 nm, và ánh sáng đỏ điều hòa Phytochrome), cùng tác động của nhiệt độ, độ ẩm, độ chua đất (pH 5,5–6,8) và chất lượng nguồn nước tưới.
• Giới thiệu chi tiết cấu trúc và thông số phần cứng: Phân tích sâu kiến trúc vi điều khiển ATmega328, các cổng vào ra (PORTB, PORTC, PORTD) và hệ thống thanh ghi điều khiển bộ ADC 10-bit (ADMUX, ADCSRA, ADCL, ADCH), chuẩn giao tiếp I2C/TWI (TWBR, TWCR, TWSR, TWDR, TWAR) và bộ truyền nhận UART (UDR, UCSRA, UCSRB, UCSRC, UBRR). Khảo sát cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến BH1750 (gồm photo diode, Op-Amp, ADC và giao diện I2C); cảm biến DHT11 (chuẩn giao tiếp 1 dây, cấu trúc 5 byte dữ liệu); module đo độ ẩm đất với IC so sánh LM393; module thời gian thực DS1307; module Wi-Fi ESP8266 Witty Cloud; module rơ-le YLE 5VDC; cách ly quang Opto; bơm áp suất mini HM-1205.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 tập trung thuyết minh các phương án thiết kế kỹ thuật:

• Xây dựng sơ đồ khối tổng thể của toàn hệ thống và giải thích chức năng tương tác giữa các khối: nguồn, cảm biến, xử lý trung tâm, truyền thông Wi-Fi, hiển thị và khối công suất chấp hành.
• Tính toán lựa chọn các giá trị linh kiện điện tử: tính toán chọn tụ lọc, cuộn cảm cho mạch nguồn ổn áp xung sử dụng IC LM2576; tính toán phân áp và điện trở kích mở cho tầng cách ly quang Optocoupler và cuộn dây rơ-le 5 V.
• Thiết lập sơ đồ nguyên lý toàn mạch: biểu diễn chi tiết kết nối giữa các chân của ATmega328 với BH1750, DHT11, module LM393, DS1307, màn hình LCD 16x2, module ESP8266 Witty Cloud và khối rơ-le công suất.

Chương 4: Thi công hệ thống và Kết quả, nhận xét, đánh giá

Chương này phản ánh toàn bộ kết quả chế tạo thực tế và các đo đạc thực nghiệm:

• Thi công cơ khí và mạch in: Trình bày quy trình thiết kế mạch in hai lớp trên phần mềm Orcad (gồm Capture CIS và Layout), quy trình ủi mực, ngâm mạch đồng, khoan mạch và hàn linh kiện. Mô tả việc đóng gói bo mạch vào hộp bảo vệ, lắp ráp kệ sắt 3 tầng, bố trí béc phun sương số 3 và gắn hệ thống đèn LED 5050.
• Phát triển phần mềm và lưu đồ giải thuật: Xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển của vi điều khiển ATmega328, lưu đồ chương trình cho ESP8266 và lưu đồ con đọc dữ liệu các cảm biến. Cung cấp các bước thiết lập tài khoản và kênh truyền dữ liệu trên nền tảng Firebase và Thingspeak.
• Lập trình ứng dụng Android trên Android Studio: Thiết kế giao diện đăng nhập, đăng ký, giao diện giám sát chỉ số môi trường, giao diện xem lịch sử dữ liệu cảm biến và giao diện cài đặt ngưỡng điều khiển.
• Đánh giá thực nghiệm: Khảo sát độ trễ truyền thông mạng, bao gồm thời gian cập nhật dữ liệu từ ESP8266 lên Firebase, độ trễ truyền dữ liệu từ Firebase về ứng dụng Android, và độ trễ khi gửi lệnh điều khiển thiết bị ngoại vi. Đo đạc sự phát triển thực tế của cây rau mầm củ cải sau 6 ngày gieo trồng và ghi nhận chiều cao thu hoạch của cây. Đồng thời biên soạn tài liệu hướng dẫn vận hành, quy trình thao tác và bảng thống kê các lỗi thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 đúc kết các kết quả đạt được dựa trên những mục tiêu đã đề ra ban đầu, đánh giá khả năng vận hành tự động và từ xa của mô hình, đồng thời nêu rõ các giới hạn còn tồn tại và đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả kỹ thuật và số liệu thực nghiệm cụ thể:

Hạng mục thông số	Giá trị kỹ thuật / Kết quả ghi nhận trong văn bản
Quy mô thử nghiệm	30 gram hạt giống rau mầm củ cải; diện tích mô hình 81 cm x 41 cm x 70 cm
Công suất thiết bị chấp hành	Bơm mini HM-1205: 60 W; Đèn LED 5050: vùng chiếu sáng 3,2 m²
Phạm vi đo cảm biến BH1750	1 – 65.535 lux (độ phân giải 0,5 – 4 lux tùy chế độ)
Phạm vi đo cảm biến DHT11	Nhiệt độ: 0 – 50 °C; Độ ẩm không khí: 20 – 95 %RH
Giao thức và luồng dữ liệu	Giao tiếp 1-wire (DHT11), I2C (BH1750, DS1307), UART (MCU - ESP8266), TCP/IP Wi-Fi
Nền tảng lưu trữ và ứng dụng	Đồng bộ thời gian thực Firebase; đồ thị Thingspeak; App Android Studio
Kết quả canh tác thực tế	Hạt nảy mầm đều sau 2–3 ngày; thu hoạch cây rau mầm hoàn chỉnh sau 6 ngày gieo trồng

Về giải pháp và đề xuất kỹ thuật, nhóm tác giả đã xây dựng hoàn chỉnh một hệ sinh thái chăm sóc vi mô kết hợp giữa phần cứng nhúng và điện toán đám mây:

• Tự động hóa tưới nước và chiếu sáng: Máy bơm phun sương tự động đóng/ngắt dựa trên tín hiệu so sánh từ cảm biến độ ẩm đất LM393; hệ thống đèn chiếu sáng tự động bù sáng dựa trên cường độ lux từ cảm biến BH1750, kết hợp khung thời gian thực do DS1307 cung cấp.
• Giám sát và can thiệp đa phương thức: Người dùng có thể theo dõi môi trường từ bất kỳ đâu thông qua smartphone có kết nối Internet và chủ động bật tắt bơm, đèn ngoài chế độ tự động.

Đóng góp kỹ thuật mà tác giả tự nêu: Đề tài đã giải quyết được hạn chế lớn của dự án "Máy phun sương tự động" trước đó trên diễn đàn Arduino Việt Nam (vốn chỉ thu thập nhiệt độ đơn thuần để bật máy bơm). Hệ thống mới đã tích hợp đầy đủ 4 thông số môi trường cốt lõi (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh sáng), kết hợp đồng hồ thời gian thực, đồng thời mở rộng năng lực điều khiển và giám sát từ xa qua mạng Internet nhờ nền tảng Firebase và ứng dụng Android chuyên dụng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được văn bản xác định:

• Quy mô thử nghiệm còn nhỏ, dung lượng khay gieo trồng định mức chỉ đạt 30 gram hạt giống.
• Mô hình khung cơ khí và hệ thống thiết bị chỉ được thiết kế để vận hành trong nhà, chưa được trang bị cấu trúc chống chịu thời tiết ngoài trời.
• Hoạt động điều khiển và giám sát từ xa phụ thuộc hoàn toàn vào đường truyền mạng Internet và độ ổn định của Wi-Fi; khi mất kết nối mạng, người dùng không thể can thiệp qua smartphone mà chỉ phụ thuộc vào chế độ tự động tại chỗ.
• Hệ thống đo độ ẩm đất bằng que đo điện trở LM393 dễ bị oxy hóa theo thời gian khi tiếp xúc liên tục với môi trường ẩm.

Các hướng phát triển đề tài được đề xuất:

• Mở rộng quy mô diện tích của hệ thống, nâng cao công suất máy bơm và hệ thống đèn để phục vụ nhiều khay gieo trồng cùng lúc.
• Nghiên cứu tích hợp thêm các cảm biến nâng cao phục vụ nông nghiệp chính xác như: cảm biến đo độ pH của đất/nước, cảm biến đo nồng độ dinh dưỡng dung dịch (TDS/EC) phục vụ cho mô hình thủy canh hoặc khí canh.
• Tối ưu hóa thuật toán điều khiển thích nghi, cho phép người dùng tùy chọn từng chế độ sinh trưởng riêng biệt cho nhiều loại rau mầm và cây trồng ngắn ngày khác nhau trên ứng dụng Android.
• Nâng cấp độ tin cậy và bảo mật của ứng dụng di động, hoàn thiện tính năng thông báo cảnh báo (Notification) tức thời về điện thoại khi các chỉ số môi trường vượt ngưỡng nguy hiểm.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Điện tử Công nghiệp, và Kỹ thuật Máy tính đang thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về hệ thống nhúng và ứng dụng IoT (Internet of Things) trong nông nghiệp thông minh.
• Người nghiên cứu có nhu cầu tham khảo quy trình thiết kế mạch in hoàn chỉnh: từ khâu phân tích thông số thanh ghi vi điều khiển (ADC, I2C, UART trên ATmega328), thiết kế mạch nguồn switching LM2576, vẽ mạch in 2 lớp trên Orcad Capture CIS/Layout, đến thi công hàn lắp thực tế.
• Lập trình viên hệ thống nhúng tìm kiếm tài liệu thực hành về giao tiếp đa chuẩn truyền thông (I2C với BH1750, DS1307; 1-wire với DHT11; UART với ESP8266) và cách thức kết nối vi điều khiển với cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database và Android Studio.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng những loại cảm biến nào để thu thập dữ liệu môi trường và chuẩn giao tiếp của từng loại là gì?
Hệ thống sử dụng 4 loại thiết bị đo đầu vào: cảm biến ánh sáng BH1750 (giao tiếp bus I2C, ngõ ra số 16-bit), cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí DHT11 (giao tiếp chuẩn 1-wire qua 1 chân dữ liệu), cảm biến độ ẩm đất kết hợp mạch so sánh IC LM393 (ngõ ra số DO và tương tự AO), và module IC đồng hồ thời gian thực DS1307 (giao tiếp bus I2C).

2. Quá trình giao tiếp và giải mã dữ liệu của vi điều khiển với cảm biến DHT11 diễn ra theo quy tắc nào?
Quá trình diễn ra qua 2 bước: Vi điều khiển kéo chân DATA xuống mức thấp (0) trong thời gian >18 ms để gửi tín hiệu yêu cầu, sau đó kéo lên mức 1 và chuyển thành đầu vào. DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống 0 trong 80 µs rồi kéo lên 1 trong 80 µs để báo sẵn sàng. Sau đó, DHT11 truyền chuỗi dữ liệu 40-bit (5 byte) gồm: byte 1 (phần nguyên độ ẩm), byte 2 (phần thập phân độ ẩm), byte 3 (phần nguyên nhiệt độ), byte 4 (phần thập phân nhiệt độ), và byte 5 (byte kiểm tra lỗi). Mức logic 0 được mã hóa bằng xung mức cao kéo dài 26–28 µs; mức logic 1 được mã hóa bằng xung mức cao kéo dài khoảng 70 µs.

3. Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển nào và lý do lựa chọn được nêu trong đồ án là gì?
Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển 8-bit ATmega328. Lý do lựa chọn được tác giả trình bày bao gồm: linh kiện phổ biến trên thị trường; được hỗ trợ bởi trình soạn thảo Arduino IDE với cộng đồng thư viện phong phú; cấu hình phần cứng đáp ứng đầy đủ yêu cầu tính toán của hệ thống mà không lãng phí tài nguyên; và vi mạch hỗ trợ toàn bộ các chuẩn truyền thông cần thiết cho mô hình (bộ ADC 10-bit, giao tiếp I2C, UART).

4. Dữ liệu từ vi điều khiển được đưa lên Internet và truyền đến ứng dụng Android qua cơ chế nào?
Dữ liệu cảm biến sau khi được ATmega328 xử lý sẽ được gửi nối tiếp qua cổng UART (chân PD0, PD1) đến module Wi-Fi ESP8266 Witty Cloud. ESP8266 kết nối với mạng Wi-Fi cục bộ và gửi các gói tin dữ liệu lên hai nền tảng đám mây: Thingspeak (để vẽ đồ thị theo dõi) và Firebase Realtime Database. Ứng dụng Android (được viết bằng Android Studio) kết nối trực tiếp với Firebase để cập nhật dữ liệu hiển thị tức thời trên điện thoại, đồng thời gửi lại các lệnh điều khiển từ người dùng về Firebase để ESP8266 đọc và chuyển tiếp cho ATmega328.

5. Giới hạn quy mô vật lý và tải công suất của mô hình thử nghiệm là bao nhiêu?
Mô hình được giới hạn gieo trồng định mức cho 30 gram hạt giống rau mầm trong khay. Khung cơ khí kệ sắt có kích thước 81 cm x 41 cm x 70 cm và chỉ sử dụng trong nhà. Thiết bị chấp hành công suất bao gồm 1 máy bơm mini HM-1205 có công suất 60 W kết hợp béc phun sương số 3, cùng hệ thống dải đèn LED 5050 bao phủ phạm vi chiếu sáng 3,2 m².

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Trọng Hữu và Lê Thành Luân đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh hệ thống quản lý vườn rau sạch qua mạng, giải quyết bài toán chăm sóc rau mầm tự động cho các hộ gia đình đô thị. Hệ thống tích hợp thành công vi điều khiển ATmega328 với các cảm biến BH1750, DHT11, LM393, module thời gian thực DS1307 và module Wi-Fi ESP8266 để thu thập dữ liệu và vận hành bơm phun sương, đèn LED tự động. Ứng dụng di động trên nền tảng Android kết nối qua Firebase Realtime Database cho phép giám sát thông số môi trường và điều khiển thiết bị từ xa ổn định. Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy cây rau mầm củ cải sinh trưởng tốt và đạt tiêu chuẩn thu hoạch sau 6 ngày, khẳng định tính khả thi của giải pháp ứng dụng công nghệ IoT vào nông nghiệp quy mô nhỏ tại gia đình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đề tài làm cơ sở để thiết kế và thi công mạch, thực hiện mô hình.  Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan Chương này trình bày về cách thiết kế và tính toán các giá trị linh kiện có liên quan đến đồ án.

Đồng thời trình bày về các sơ đồ các khối chức năng của mạch.  Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày về kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài, các hình ảnh làm bằng chứng cho quá trình thi công.  Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển Trình bày những kết quả đã thu được dựa vào những phương pháp, thuật toán đã kiến nghị ban đầu và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG RAU MẦM 2.1 Mô tả quy trình trồng rau mầm Rau mầm chứa nhiều chất dinh dưỡng và chất xơ cung cấp cho cơ thể. Có rất nhiều loại hạt có thể trồng làm rau mầm trong bữa ăn với mỗi loại thì có cách chăm sóc khác nhau. Người thực hiện đề tài sử dụng hạt cải dùng làm mẫu để nêu lên quy trình trồng cây. Để rau mầm phát triền tốt, chúng ta cần thực hiện như sau: - Chọn hạt giống: Nên chọn hạt giống có nguồn gốc rõ ràng, tránh các hạt giống thông thường hoặc không rõ nguồn gốc vì có thể chứa chất bảo quản.

- Đất trồng: Nên chọn xơ dừa đã qua xử lý vì lượng nước cần sử dụng ít và có thể tái sử dụng nhiều lần. - Thùng xốp: Có thể sử dụng nhiều vật liệu khác nhau, nhưng tốt nhất có thể sử dụng thùng nhựa, khay gổ,… Quy trình trồng rau mầm, như sau: - Ngâm hạt: Căn cứ vào diện tích của khay trồng mà ta cần nhiều hoặc ít hạt giống, vì rau mằm cần một không gian để phát triển. Hạt giống rửa sạch sau đó được ngâm với nước ấm từ 40 đến 450C trong thời gian từ 2 đến 5 giờ đồng hồ. Các loại hạt vỏ dày cần ngâm lâu, các hạt vỏ mỏng thì ngâm nhanh hơn).

Sau đó ủ hạt trong tối. - Làm giá thể (đất): Thùng xốp cho giá thể dày khoảng từ 2 đến 3cm. Phải làm cho bề mặt của giá thể phẳng vì nếu không phẳng thì có thể hạt sẽ bị dồn lại khi gieo hạt. Phun nước cho ướt giá thể.

Sau đó trải giấy thấm, phun nước lại lần hai nhằm làm cho giá thể không bám vào cây con khi thu hoạch. - Gieo hạt: Gieo hạt bằng tay đều lên bề mặt giấy thấm, mật độ hạt phụ thuộc vào từng hoạt hạt nhưng trung bình khoảng 10gram/40cm2. Sau đó phun nhẹ cho ướt hạt giống. Sau đó dùng bìa cứng hoặc vải mùng che bề mặt trong khoảng 2 đến 3 ngày.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Chăm sóc cây: Sau 2 - 3 ngày hạt nảy mầm đều, chuyển khay ra nơi có nhiều ánh sáng hoặc nắng nhẹ, tránh ánh sáng trực tiếp và mưa trực tiếp. Tưới nước mỗi ngày 2 lần buổi sáng sớm và buổi chiều mát hoặc theo độ ẩm của giá thể, tưới phun sương đều trên mặt khay. - Thu hoạch: Dùng dao bén cắt sát gốc cây rau mầm (hoặc nhổ rau lên khỏi mặt đất, dùng kéo cắt bỏ rễ).

Rửa lại bằng nước sạch và sử dụng được ngay.2 Khảo sát ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng đến cây trồng [2] Ánh sáng có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Trong mỗi giai đoạn sinh trưởng và phát triển, cây trồng cần ánh sáng với bước sóng khác nhau. Cụ thể như sau: a. Ánh sáng tia cực tím (bước sóng 10nm - 400nm): Nếu tiếp xúc quá nhiều với tia cực tím sẽ gây nguy hiểm cho hệ thực vật, tuy nhiên với một lượng nhỏ vừa đủ ánh sáng cận cực tím sẽ có lợi.

Trong nhiều trường hợp tia cực tím có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc thực vật, mùi vị và hương liệu. Nghiên cứu cho thấy ánh sáng UV ở bước sóng 385nm thúc đẩy sự tích tụ hợp chất Phenolic, tăng cường hoạt động chống oxy hóa của chất chiết xuất từ thực vật. Do đó, nếu trồng các loại nấm hoặc thảo dược chúng ta có thể nghiên cứu và thử nghiệm bước sóng này để nâng cao phẩm chất sản phẩm của mình. Ánh sáng xanh dương (bước sóng 430 - 450nm): Ánh sáng có bước sóng 450nm làm sản sinh Cryptochromes và Phototropins trong cây trồng.

Cryptochromes sẽ làm thay đổi nhịp sinh học (chuyển từ chu trình hô hấp sang chu trình quang hợp). Phototropins kích thích cây mở khí khổng, uốn cong về phía ánh sáng giúp phát triển thân cây và hình thành chất diệp lục. Bước sóng này kích thích tăng trưởng thực vật thông qua hình thành rễ mạnh mẽ và quang hợp với cường độ cao. Được dùng trong giai đoạn cây giống, cây non trong giai đoạn sinh trưởng.

nếu muốn cây ngừng phát triển thì bước sóng này phải được giảm bớt hoặc loại bỏ. Ánh sáng xanh lá cây (bước sóng 500nm – 550nm) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ánh sáng xanh lá cây hầu như không có tác dụng quang hợp cho cây, thường được trộn một tỉ lệ nhỏ với ánh sáng xanh dương và đỏ để tạo ánh sáng tổng hợp cho mắt người dễ quan sát. Thực vật có hoa dựa vào protein này để điều chỉnh thời điểm ra hoa (dựa vào nồng độ Pfr) và thiết lập nhịp sinh học, ngoài ra nó cũng điều tiết các phản ứng khác như sự nảy mầm của hạt giống, kéo dài thân cây, kích thước-hình dạng và số lượng lá.

Ánh sáng đỏ là bước sóng quan trong nhất đối với quá trình quang hợp, ra hoa, đậu quả. Được dùng để mở rộng chu kỳ ánh sáng, kích thích cây ra hoa cho cây dài ngày. Các loại cây ngắn ngày sẽ ra hoa dựa trên nồng độ Protein Phytochrome R (Pr), vậy nên bước sóng này thường được dùng ở cuối chu kỳ ánh sáng (mỗi ngày là 1 chu kỳ ánh sáng) để kích thích ra hoa ở cây ngắn ngày.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của cây trồng Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng của cây. Cây có thể sinh trưởng trong một khoảng nhiệt độ khá rộng.

Các loại cây trồng khác nhau thì tồn tại những điểm nhiệt độ tối thấp và tối cao cũng khác nhau.Trong giới hạn nhiệt độ sinh trưởng của cây thì có nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng, ở nhiệt độ đó sự sinh trưởng của cây xảy ra thuận lợi nhất, trên dưới nhiệt độ tối thích thì tốc độ sinh trưởng sẽ giảm. Nhiệt độ tối thấp và nhiệt độ tối cao cho sự sinh trưởng của cây đó là điểm nhiệt độ mà ở đó cây ngừng sinh trưởng. Giới hạn nhiệt độ sinh trưởng thay đổi theo sự thích nghi của cây trồng ở những vùng sinh thái khác nhau. Sinh trưởng của các cơ quan khác nhau của cây cũng nằm trong khoảng nhiệt độ khác nhau.

Những cơ quan ở trên mặt đất thích nghi với nhiệt độ không khí cao hơn so với những cơ quan ở dưới mặt đất, vì vậy ở nhiệt độ cao sự sinh trưởng của rễ kém hơn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT thân và cành. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng của cây.4 Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đến sinh trưởng của cây trồng Độ ẩm trong không khí, trong đất có tác động đến các giai đoạn sinh trưởng của cây như sự nảy mầm của hạt, sự ra hoa, kết hạt, thời gian chín của quả, chất lượng rau, sản lượng, sinh trưởng sinh dưỡng, phát sinh sâu bệnh và bảo quản hạt giông. Nhiệt độ và độ ẩm có quan hệ mật thiết với nhau và có tác động lớn đến sinh trưỏng, tái sinh của nhiều loài rau, đặc biệt là trong sản xuất hạt giống.5 Khảo sát ảnh hưởng của đất đến sinh trưởng của cây trồng Là nơi bộ rễ rau phát triển, giữ chặt cây.

Rau cần đất tốt, có chế độ dinh dưỡng cao. Bộ rễ của các loài rau nói chung ăn nông trong khoảng 25 – 30cm nên tính chịu hạn, chịu nóng kém, do đó đất trồng rau phải là chân đất cao, dễ tiêu nước. Có độ pH phù hợp với từng loại rau: các loại cải bao, su lơ, xà lách, đậu bắp, hành tỏi, cần tây chịu được độ pH = 5,5 – 6,7; các loại đậu, cà rôt, cà, dưa chuột, ớt, cải củ, bí, su hào có độ pH – 5,5 – 6,8; khoai tây, dưa hấu pH – 5,0 – 6,8. PH là kí hiệu chỉ độ chua, độ kiểm của đất.

Biểu hiện bằng nồng độ ion H+ trong môi trường. Độ chua của đất được chia ra: pH – 4 rất chua; 5 chua; 6 hơi chua; 7 trung bình; 7,5 kiềm yếu; 8 và trên 8 là kiềm.6 Khảo sát ảnh hưởng của nước đến sinh trưởng của cây trồng Thành phần chính trong rau là nước, nước chiếm đến 90% khối lượng rau. Nước còn là môi trường chứa các khoáng chất hòa tan. Nước cũng là môi trường để pha các loại thuốc trừ sâu bệnh.

Nên muốn có năng suất rau cao, cần đảm bảo lượng nước đủ theo nhu cầu của từng loại rau. Nơi trồng rau phải gần nguồn nước sạch, nước được lấy từ giếng khoan, ao hồ có nước lưu thông. Không được dùng nước thải sinh hoạt, nưóc từ các bệnh viện, các khu công nghiệp thải ra chưa được qua hệ thống xử lý. Nước tưới bẩn không làm rau bị chết mà chính các yếu tố độc hại ấy tích lại trong rau, gây ngộ độc cho người tiêu dùng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Mô hình vườn rau bao gồm các khối chức năng như thu thập dữ liệu môi trường, truyền dữ liệu qua sóng wifi, điều khiển hệ thống đèn và bơm,… để có thể đảm bảo được các chức năng trên thì đòi hỏi một hệ thống có các thiết bị như sau: Thiết bị đầu vào: Cảm biến độ ẩm đất (dùng LM393), Cảm biến ánh sáng (BH1750), Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí (DHT11), module thời gian thực (DS1307). Thiết bị đầu ra: Một LCD 16x2 dùng để hiển thị thông tin, một hệ các Opto và rờ le để điều khiển thiết bị ngoại vi. Thiết bị điều khiển trung tâm là vi điều khiển Atmega326P và module ESP8266.