ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP. HÒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH CAO HOÀNG THIỆN - 20521944 NGUYEN HAI NAM- 20520642 KHOA LUAN TOT NGHIEP Thiết kế hệ thong tưới cây sử dung cho vườn thông minh Design an irrigation system for smart gardens CU NHAN KY THUAT MAY TINH GIANG VIEN HUONG DAN TS. PHAM QUOC HUNG ThS. PHAN DINH DUY TP.
HO CHi MINH, 2024 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Kỹ thuật Máy tính, Trường Đại học Công nghệ Thông tin (UTT), đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ em trong suốt 4 năm học tập và nghiên cứu. Chính nhờ sự quan tâm và tạo điều kiện của nhà trường mà em đã có môi trường học tập tốt nhất dé phát triển kiến thức va kỹ năng của mình. Em xin chân thành cảm ơn hai thầy là TS. Phạm Quốc Hùng và ThS.
Phan Đình Duy đã tận tình hướng dẫn, góp ý giúp em hoàn thành bài khóa luận này. Các thầy đã dành nhiều thời gian, công sức để giúp em vượt qua những khó khăn và thách thức trong quá trình nghiên cứu, cũng như truyền đạt cho em những kiến thức quý báu và kinh nghiệm thực tiễn. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè — những người đã luôn đồng hành, chia sẻ và động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận. Sự ủng hộ và động viên từ phía gia đình và bạn bè đã giúp em có thêm động lực và niềm tin đề hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình.
Chúng em không thê tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm trong bài khóa luận này. Kính mong quý thầy cô góp ý để em có thể hoàn thiện hơn trong tương lai. Em hy vọng sẽ tiếp tục nhận được sự chỉ bảo và hướng dẫn của quý thầy cô trong những nghiên cứu sau này. Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Churong 1.
Lý do chọn đề tai ceccccccccccccssesssssessesssessessusssecsesssessecsussuessessusesessecsuesseesesaseess 3 1. Muc dich nghién ctu 8 aa. Một số sản phẩm đã có hiỆn MAY .- Ác vn HH ng ng rưy5 2. MimosaTEK — Nông nghiệp chính xác, vụ mùa bội thu [3].
NextX NextFarm — Hệ sinh thái nông nghiệp thông minh [4]. Các đề tài nghiên cứu của một số tác giả trước đây. Các van dé nghiên CỨU. - 2-5 SE‡Ek‡EESEEEEEEEEEE121121121121111 111.
Internet Of Things. c1 11H HH HH kh 12 3. Ung dụng của IoT trong đời sống. Kiến trúc IOT.
Giao thức truyền nhận dữ liệu không dây Lora. Đặc điểm lợi ích của giao thức LOTa. Các thông số quan trọng trong LoRa. So sánh giao thức LoRa với một số giao thức không dây khác.
Giao thức truyền nhận dữ liệu có dây. Giao thức SP|.- Ăn ng HH ngàn ng 18 3. Giao thức ONEWIRE. Giao thc MANY na.
Giao thức MỢTT. Ăn HH HH HH ng ng Hy 22 3. Giao thức HTTTP.- -G- SG Sv ST triệt 23 3. LH LH HH HH TH ng HH tr 24 3.-- G «kh HT TH TH TH HH 24 3.
SH LH HH HH HH HH HH 24 3. Ăn HH HH HH TH 25 ch;`". HH Họ ng 26 3. Phần cứng sử dụng.
_ Kit blue pill STM32EF103CSÏTG. KitESP32 Node MCU LUANNODE 32. Module LoRa SX12782. Cảm biến độ ẩm đất.
Cảm biến nhiệt độ độ Am DHTIL. _ Động cơ bơm nước SVDC .- -- + Sc tt vn ren 32 3. Pin năng lượng mặt trỜI. Mach sạc sử dung pin năng lượng mặt trời.-- ch HH HH Hư, 34 3.
Công nghệ tưới nhỏ BIỌK. _ Giới thiệu công nghệ tưới nhỏ ØIỌT. Nguyên lý hoạt động. _ Lợi ích của công nghệ tưới nhỏ gIỌC.
Điểm hạn chế của công nghệ tưới nhỏ giọt. Phân tích và thiết kế hệ thống. Tổng quan hệ thống.----- 2 ++E£+EE+EE+EEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrrrerreee 38 4. Mô hình hệ thống.- - +: + 2 t9SE+SE+EE£EEEEEEEEEEEEEEEEE2EE21121121121.
Thiết kế từng thành phần.------ 2 2+E£+E£+EE+EEEEE2EEEEEEEESEEerkrrrkrrkere 39 “`. Thiết kế giải thuật. Giải thuật xử lý NOde. Giải thuật xử lý Gateway - ÌNOde.
Sơ đồ truyền nhận dữ liệu giữa Node và Gateway. Giải thuật xử lý giữa Server và af€WAV. So đồ giải thuật xử lý dữ liệu phía Server.--- 2-2 z+sz+sz+sz48 4. Mô tảusecase tương tác giữa User và UĨÍ.
Cấu trúc dit liệu gói tin.-----:-©-c+cx+Et2EEEEEEEEEkerkerrkrrkrree 55 4. Thông số truyền dữ liệu giữa Node và gateway qua sóng Lora. Dit liệu từ các cam DIGI oe ecccccececsesecsesscscsesucsesesecsesuescsesusassveassessaestsusstaneneeees 59. Kiểm thử chức năng.-:- + s+SE9Ek+Sk+EE‡EkEEEEEEEEEEEEEEEEE1111.
Chế độ bán tự động. — Chế độ tự động.-----:+Et+ck SE EEEEEEEErrrrrrrree 64 5. Kiểm thử Website COnfig. Kiểm thử hệ thong coccccccesesccssesscescesecseesessessessessessesscsssssessessesussscsecsessessecsesees 69 5.
Dong tiêu thu và ước tính thời gian hoạt động. _ Sản phẩm thực tẾ.---©-¿+c<+EkcEEEEEEEEEEEEEEkerkrrrrrrkrree 71 Chương 6. Két luận và hướng phát triển. Hướng phat trig e.ceccecccecescecccssesssessesssessessecssessesscssessessesssessessecssessecseesseeses 75 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 NODE - Thiết bị đo độ âm đất.---c:¿-25ccc2xvrtrrtrirrrrrrrrrrrrree 5 Hình 2.2 Trạm quan trac thời tiẾt.----2- 2 ©5¿+2£ E£EE2EE£EEtEEEEEEEEEEEEerkerkerrrrree 6 Hình 2.3 Bộ điều khiển tưới.4 Hệ thống châm phân tự động NEXTX NEXTFARM FERTIKIT 4G.5 Hệ thống giám sát nông nghiệp NMC.--- ¿22 + ©x£+Ez+£xerxezrsrree 8 Hình 2.6 Giải pháp dự báo sâu bệnh nextX.1 Internet of Things .2 Kiến trúc IOT.------++++2©+++t+EE+xtEEEEkttEEkrrtttirrttrrirrriireeriee 14 Hình 3.3 Kết nối trong giao tiếp SPI cơ chế 1 Master — 1 Slave.4 Một Master kết nối với nhiều Slave.- - c6 5s xk£E+E+EeEetererxerers 19 Hình 3.5 Chế độ truyền dữ liệu trong SPI.--2- 2 2 s++2+++zx++zx+zxezzsez 20 Hình 3.6 Giao thức 1-WIRE hoạt động theo mô hình | master — nhiều slave.7 Cách hoạt động của giao thức MQTTT,.9 Chip STM32F1O3CSÏTỐ.
óc c2 2x 1S 9 2v 2 kg vn re 27 Hình 3.10 KIT ESP32 Node MCU LUANODE 32 .- --- c5 ++cs++c+xsexseres 29 Hình 3.11 Module LoRa SX 2778.13 Cảm biến độ ẩm đất.14 Cảm biến nhiệt độ, độ âm DHTI[ .:--ccc¿255+vcscccxvsrrxves 32 Hình 3.15 Động cơ bơm THƯỚC.- --- 1191891191 91191191 11 1 1 g1 1 HH rnrưy 33 Hình 3.16 Tam pin năng lượng mặt trời.--- 2-2 2 2 ++E£+E+EzEE+EzEezrerrerreee 33 Hình 3.17 Mach sạc pin năng lượng mặt trời CN3791.- 25+ ++ss+s+sssss 34 Hình 3.18 Mạch tăng áp DC-DC MT3608. (St re 35 Hình 3.19 Công nghệ tưới nhỏ g]Ọ(. - -- 2223132112139 121EE1E1EEEErrrrkrek 36 Hình 3.20 Đầu tưới nhỏ giỌt.1 Mô hình tổng quan hệ thống.--- 2-2 2 2 £+EE+E+2+E2EE+E++EzE+zEzzreee 38 Hình 4.2 Mô hình hệ thống.-- 2-2-2 SE SE EE£EE+EE+EEEEEEEEEEE2EEEEEEEEEErrrrrerrree 39 Hình 4. --- + 2+ Ss St tt SE+EEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEESESErErrrrerrre 40 Hình 4.
c-ScSt 2t E2 11211211211211211211211211211211211 211 1 ca 40 Hình 4.5 Giải thuật xử lý Node khi truyền dit liệu.6 Giải thuật xử ly “ngắt” khi nhận đữ liệu .7 Giải thuật xử lý Gateway - Node.- óc ctnn HH re44 Hình 4.8 Sơ đồ truyền nhận dữ liệu giữa Gateway và Node.9 Giải thuật xử ly Server - Œaf€WAY.10 Giải thuật xử lý Gateway — S€TV€T. cà St SH re.11 Giải thuật xử lý dữ liệu giữa Server và GateWay.--cc co 48 Hình 4.12 Giải thuật xử lý giữa Gateway va S€TV€T. cà St nay 49 Hình 4.13 Vị trí nút mở biểu đồ .14 Nút nhan trên Website bật tắt Relay .15 VỊ trí mở cài đặt.16 Màn hình cấu hình các tham sỐ.----¿--++©++++trx+ererxverrrrrvee 54 Hình 4.1 Gateway yêu cầu dit liệu Node (.2 Gateway yêu cau dữ liệu Node 1 o.3 Gateway yêu cau dit liệu Node 2e.4 Các giá trị nhiệt độ, độ âm và độ âm đất mà cảm biến đo được .5 Giá trị độ âm tăng khi cho cảm biến độ Am đất vào nước.6 Hiên thị dữ liệu lên Web.---2¿- 2c ©222EEv2EE22EEEEEESEESEErrkrrrrrrrvee 61 Hình 5.7 Hiền thị sơ đồ trên Web.8 Cấu hình Gateway .9 Cấu hình chế độ Manual.----:--+++2++++tE+++tttrrxrrttrrrrrrrrkrrrrrrree 62 Hình 5.10 Tin nhắn yêu cầu bật Relay.---2- 2 2 2+S£+E++EE+EzEzErrerrerrerreee 63 Hình 5.11 Dữ liệu được Node gửi về sau khi bật Relay .13 Tin nhắn tat Relay .14 Cấu hình cho chế độ Automatic .15 Kết quả tự động bat Relay.----- 2-52 522S<‡EE2E2EEEEErrrrrrrreee 65 Hình 5.16 Hình ảnh gói tin gửi VỀ.-----2¿ 2 2£ ©S22E++EEt£E+2EEtEEzExerxerxrrrrerxee 66 Hình 5.17 Kết quả tự động tắt Relay.----- 2 2c 5z+S<£2Ec£ESEEtEEcEEerxerkerrrervee 66 Hình 5.18 Thiết lập các thông số trong Website Gateway Configuration.19 Thông báo kết nối WiFi thành công.------2- 2 5¿©++cx+cx+zzxzrxez 68 Hình 5.20 Kết nối WiFi thành công .--- 2-2 2 t+S£+E++EE+EE+EEEEEErrerrerrerrree 68 Hình 5.21 Kết nối MQTT thành công .-- 2-2-2 E£+E£+EE+EE£+E++Exerxezrxerxee 68 Hình 5.22 Bị mat gói dữ liệu.----- 2 2 ©ESE+EE+EE#EE2EEEE12E121121121121121.23 Sản phẩm Node.- 2-2-5 SESE9SE9EE9EEEE19E121121121121121121121121.24 Cấu trúc bên trong một Node.25 Hình ảnh ba No de.26 Hình anh Øat©Wayy. 1201211121 HH HH HH Hàn HH 73 DANH MỤC BANG Bảng 3.1 Bảng so sánh giữa các giao thức truyền thông không dây.1 Usecase khi người dùng nhấp vào OpenChart.2 Usecase khi người dùng bật/tắt MOtOP.3 Usecase khi người dùng thiết lập cài đặt điều khiên.4 Cấu trúc gói tin yêu cầu tắt relay.-----¿- + 5++cx++cx++rxrsrxerrxee 56 Bang 4.5 Cấu trúc dit liệu trả về từ No de.--- 2-2 2+++E++E++E2EE2EzErrrrrerreee 56 Bang 5.2 Dòng tiêu thu khi do thực té.cccceccccccsccsessessessessessessessessessessessssesesseseens 71 DANH MỤC TU VIET TAT STT Từ viết tắt Từ day đủ 1 WSN Wireless Sensor Network 2 LoRa Long Range 4 Al Artificial Intelligence 3 IOT Internet of Things 5 GPRS General Packet Radio Service 6 NB-IOT Narrowband Internet of Things 7 UX User Experience 8 UI User Interface 9 AES Advanced Encryption Standard 10 WPA2 Wi-Fi Protected Access 2 11 LoRaWAN Long Range Wide Area Network 12 SF Spreading Factor 13 SPI Serial Peripheral Interface 14 CPOL Clock Polarity 15 CPHA Clock Phase 16 MOSI Master Out Slave In 17 MISO Master In Slave Out 20 USB Universal Serial Bus 21 CSS Chirp Spread Spectrum 22 ISP In-System Programming 23 JTAG Joint Test Action Group 27 CoAP Constrained Application Protocol 28 JSX JavaScript XML 29 URI Uniform Resource Identifier 30 HTTP Hypertext Transfer Protocol 31 TCP Transmission Control Protocol TOM TAT KHÓA LUẬN Việc phát triển nhanh chóng của các sản phẩm công nghệ thì một số ngành sẽ bị tác động ít nhiều, và ngành nông nghiệp cũng không phải ngoại lệ.
Xu hướng nông nghiệp thông minh đang là chủ đề nóng và rất được quan tâm, đã có nhiều sản phẩm phô biến trên thị trường như các sản pham tưới cây tự động của Maka, hệ thống quản lý vườn của NextFarm,. đem lại rất nhiều lợi ích và đảm bảo về kinh tế cho người nông dân,. Vì lý do vậy, nhóm chọn và xây dựng đề tài “Thiết kế hệ thống tưới cây sử dụng cho vườn thông minh” với mong muốn tạo ra một sản pham tưới cây tự động hoàn chỉnh. Với đề tài này, nhóm tập trung vào tìm hiểu các điều kiện về thời tiết, độ am phù hợp mà cây sinh trưởng và phát triển tốt, và tham khảo độ 4m đất phù hợp cho từng loại cây với mong muốn là tối ưu nhất lượng tưới mà vẫn đảm bảo phù hợp.
Và đặt ra mục tiêu quan trọng là tiết kiệm thời gian mà vẫn đảm bảo về chất lượng cây trồng cho người sử dụng. Sau khi tìm hiểu và tham khảo thì nhận thay được một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng của cây là độ ầm của đất và nhiệt độ môi trường, nhóm quyết định chọn hai loại là cảm biến nhiệt độ DHT11 và cảm biến đo độ âm đất dé thực hiện.