Đồ án tốt nghiệp thiết kế mô hình trang trại giám sát và điều khiển qua web server 2

Thiết kế trang trại thông minh cho phép giám sát, điều khiển từ xa qua Web. Tối ưu quy trình canh tác, nâng cao năng suất và hiệu quả quản lý.

• Tác giả: Phạm Viết Thức
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Thiết Kế Mô Hình Trang Trại Giám Sát Và Điều Khiển Tự Động Qua Web Server
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA DOANH NGHIỆP
• NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH BẢNG, HÌNH VẼ
• DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Mục đích của đề tài
• 1.2. Phương pháp thực hiện của đề tài
• 1.3. Sử dụng hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị qua web server
• 1.4. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị qua Web Server
• 1.5. Mục tiêu của đề tài
• 1.6. Tính mới của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
• 2.1. Sơ đồ khối hệ thống
• 2.2. Giới thiệu về PLC S7 – 1200
• 2.2.1. Tổng quan về PLC S7 – 1200 [4]
• 2.2.2. Các module truyền thông
• 2.3. Tổng quan về phần mềm TIA PORTAL V16
• 2.3.1. Cấu hình một địa chỉ IP
• 2.3.2. Cấu hình giao diện PROFINET
• 2.3.3. Tạo một Project mới
• 2.4. Phần mềm WINCC
• 2.5. Truyền thông giữa hai PLC S7 1200 [5]
• 2.6. Cách thức truy cập vào Web Server
• 2.6.1. Kích hoạt Web Server trên Tia Portal
• 2.6.2. Một số ảnh hưởng đến Web Server
• 2.7. Trang Web tự xây dựng
• 2.7.1. Cách tạo một trang HTML
• 2.7.2. Khởi tạo Webserver
• 2.7.3. Các thành phần hỗ trợ Web Server S7 – 1200
• 2.7.4. Cấu trúc chung
• 2.7.5. Cấu hình cho các trang Web tự định nghĩa
• 2.7.6. Các lệnh AWP hỗ trợ cho Web server S7-1200
• 2.7.7. Lập trình để kích hoạt trang web tự định nghĩa
• 2.8. Truy cập Web Server trên mạng LAN
• 2.9. Truy xuất Web Server trên mạng WAN
• 2.10. Khối ngõ vào
• 2.10.1. Cảm biến độ ẩm [7]
• 2.10.2. Cảm biến ánh sáng [7]
• 2.10.3. Đầu dò nhiệt độ WZP – PT100
• 2.10.4. Nút nhấn nhã IDEC IW1B – M1E01G 1NC
• 2.10.5. Công tắc xoay 2 vị trí LA38 440V-10A
• 2.10.6. Công Tắc Hành Trình End Stop 5A 125-250VAC
• 2.10.7. Công tắc dừng khẩn cấp YJ139-LAY37
• 2.11. Khối ngõ ra
• 2.11.1. Quạt tản nhiệt dc 12v 30x30x10 mm
• 2.11.2. Máy bơm nước mini RS385 12V
• 2.11.3. Động cơ giảm tốc GA12-N20 300 rpm
• 2.11.4. LED siêu sáng
• 2.11.5. Đèn sưởi hồng ngoại
• 2.11.6. Module 2 Relay Với OPTO Cách Ly Kích H/L
• 2.11.7. Module giảm áp DC LM2596 3A
• 2.11.8. Mạch nguồn tổ ong 24V 5A
• 2.11.9. Bộ Switch mạng 5 cổng
• 2.11.10. Phao cảm biến mực nước
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 3.1. Thiết kế giao diện Web Server [9]
• 3.2. Thiết kế giao diện WINCC
• 3.3. Thiết kế bảng điều khiển
• 3.4. Lựa chọn phương án và thi công
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Phân công đầu vào, đầu ra
• 4.2. Nguyên lý hoạt động
• 4.3. Giản đồ thời gian
• PHẦN KẾT LUẬN
• 1. Kết quả đạt được:
• 2. Ưu, nhược điểm của đề tài:
• 3. Tính an toàn và vấn đề môi trường toàn cầu
• 4. Hướng phát triển:
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế trang trại thông minh qua Web Server

Nền nông nghiệp hiện đại đang chuyển mình mạnh mẽ với sự ra đời của các mô hình trang trại thông minh. Giải pháp thiết kế trang trại thông minh tích hợp khả năng giám sát và điều khiển qua Web là một bước tiến đột phá, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế. Hệ thống này cho phép quản lý toàn bộ hoạt động của trang trại từ xa thông qua một giao diện web trực quan. Các thông số môi trường quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng được thu thập liên tục từ các cảm biến. Dữ liệu này sau đó được xử lý bởi một bộ điều khiển trung tâm, thường là PLC S7-1200, để đưa ra các quyết định điều khiển tự động. Người quản lý có thể truy cập hệ thống mọi lúc, mọi nơi chỉ với một thiết bị có kết nối internet. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian, chi phí nhân công mà còn đảm bảo điều kiện sinh trưởng tối ưu cho cây trồng và vật nuôi. Việc áp dụng công nghệ Web Server vào nông nghiệp mở ra một kỷ nguyên mới, nơi sản xuất được tự động hóa cao, giảm thiểu rủi ro do yếu tố con người và biến đổi khí hậu. Đây là xu hướng tất yếu, giúp nền nông nghiệp Việt Nam phát triển bền vững và cạnh tranh trên thị trường toàn cầu. Mô hình này kết hợp giữa công nghệ tự động hóa, công nghệ thông tin và kiến thức nông nghiệp, tạo ra một hệ sinh thái sản xuất hiệu quả và thông minh.

1.1. Khái niệm hệ thống trang trại giám sát và điều khiển tự động

Hệ thống trang trại giám sát và điều khiển tự động là một mô hình nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao. Hệ thống này sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường như nhiệt độ, độ ẩm đất, ánh sáng và điều kiện thời tiết. Dữ liệu được gửi về bộ xử lý trung tâm, ví dụ như PLC S7-1200, để phân tích. Dựa trên các thuật toán được lập trình sẵn, hệ thống sẽ tự động kích hoạt các thiết bị chấp hành như máy bơm, quạt thông gió, đèn sưởi, hoặc mái che. Mục tiêu là duy trì môi trường sống lý tưởng cho cây trồng và vật nuôi mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người. Theo nghiên cứu của Phạm Viết Thức và Phùng Văn Việt (Đại học Đà Nẵng, 2022), mô hình này giúp "giảm thiểu công sức trong quá trình chăm sóc cây trồng và vật nuôi", đồng thời nâng cao năng suất.

1.2. Lợi ích của việc áp dụng tự động hóa vào nông nghiệp 4.0

Việc áp dụng tự động hóa trong nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Trước hết, nó giúp tăng năng suất lao động bằng cách giảm sự phụ thuộc vào sức người. Các quy trình chăm sóc được thực hiện chính xác và kịp thời 24/7. Thứ hai, hệ thống giúp tiết kiệm tài nguyên như nước và năng lượng. Ví dụ, hệ thống tưới tiêu thông minh chỉ cung cấp lượng nước vừa đủ khi độ ẩm đất xuống dưới ngưỡng cài đặt. Thứ ba, điều khiển từ xa qua Web Server cho phép người quản lý giám sát trang trại từ bất cứ đâu, tăng tính linh hoạt và khả năng phản ứng nhanh với các sự cố. Cuối cùng, việc kiểm soát chặt chẽ môi trường giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu dịch bệnh và tạo ra nông sản sạch, an toàn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

II. Thách thức trong giám sát và điều khiển trang trại thủ công

Phương pháp canh tác truyền thống đang đối mặt với nhiều thách thức lớn trong bối cảnh hiện đại. Việc giám sát và điều khiển trang trại thủ công phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm và sức lao động của con người, dẫn đến nhiều hạn chế và rủi ro. Các thông số môi trường không được đo lường chính xác, gây lãng phí tài nguyên và ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của cây trồng, vật nuôi. Hơn nữa, chi phí thuê nhân công ngày càng tăng cao, trở thành gánh nặng tài chính cho các chủ trang trại, đặc biệt với quy mô lớn. Việc thiếu một hệ thống giám sát và điều khiển qua Web khiến việc quản lý trở nên bị động. Người quản lý phải có mặt tại trang trại để xử lý các vấn đề phát sinh, làm giảm hiệu quả và tính linh hoạt. Rủi ro về dịch bệnh cũng cao hơn khi không có hệ thống cảnh báo sớm. Những khó khăn này thúc đẩy nhu cầu cấp thiết phải tìm kiếm một giải pháp công nghệ hiện đại, như việc thiết kế trang trại thông minh, để khắc phục các nhược điểm của mô hình thủ công và hướng tới một nền nông nghiệp bền vững, hiệu quả hơn.

2.1. Khó khăn trong việc kiểm soát các yếu tố môi trường

Kiểm soát các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và ánh sáng là một trong những thách thức lớn nhất của phương pháp canh tác thủ công. Người nông dân thường dựa vào cảm quan và kinh nghiệm, dẫn đến độ chính xác không cao. Sự thay đổi đột ngột của thời tiết có thể gây thiệt hại nặng nề nếu không có biện pháp ứng phó kịp thời. Ví dụ, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể làm giảm năng suất, trong khi độ ẩm không phù hợp là điều kiện lý tưởng cho sâu bệnh phát triển. Việc thiếu các cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm chuyên dụng khiến việc theo dõi liên tục là bất khả thi. Điều này làm giảm chất lượng nông sản và tăng rủi ro trong sản xuất.

2.2. Chi phí nhân công và rủi ro trong vận hành truyền thống

Vận hành trang trại theo phương pháp truyền thống đòi hỏi một lượng lớn nhân công cho các công việc hàng ngày như tưới nước, bón phân, điều chỉnh mái che, và kiểm tra vật nuôi. Chi phí nhân công chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí sản xuất. Ngoài ra, yếu tố con người cũng mang lại nhiều rủi ro. Sai sót trong quá trình vận hành có thể xảy ra, gây ảnh hưởng đến toàn bộ vụ mùa. Việc quản lý một đội ngũ nhân công lớn cũng là một bài toán phức tạp. Đề tài nghiên cứu tại Đại học Đà Nẵng đã chỉ ra rằng, một hệ thống giám sát và điều khiển tự động có thể "giải quyết được vấn đề chi phí thuê nhân công" một cách hiệu quả, giúp các trang trại tối ưu hóa lợi nhuận và giảm thiểu rủi ro.

III. Giải pháp giám sát và điều khiển qua Web Cấu trúc hệ thống

Để giải quyết các thách thức của nông nghiệp truyền thống, giải pháp thiết kế trang trại thông minh với hệ thống giám sát và điều khiển qua Web được đề xuất dựa trên một cấu trúc chặt chẽ. Trái tim của hệ thống là khối xử lý trung tâm, sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200. Thiết bị này có nhiệm vụ thu nhận, xử lý dữ liệu và ra quyết định điều khiển. Xung quanh bộ xử lý trung tâm là hệ thống các khối chức năng khác. Khối cảm biến bao gồm các loại cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng, mưa, có nhiệm vụ thu thập thông tin thời gian thực từ môi trường. Khối đầu vào cho phép người dùng điều khiển thủ công tại chỗ thông qua các nút nhấn, công tắc. Khối đầu ra bao gồm các thiết bị chấp hành như bơm, quạt, đèn, động cơ. Toàn bộ hệ thống được kết nối với một Web Server tích hợp ngay trên PLC, cho phép người dùng truy cập và điều khiển từ xa qua mạng LAN hoặc WAN. Giao diện giám sát được xây dựng trên phần mềm WinCC và các trang HTML tùy chỉnh, mang lại trải nghiệm trực quan và dễ sử dụng. Cấu trúc này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, linh hoạt và hiệu quả.

3.1. Sơ đồ khối và các thành phần chính của hệ thống giám sát

Hệ thống được xây dựng dựa trên một sơ đồ khối rõ ràng. Khối nguồn cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Khối cảm biến (đầu vào) thu thập dữ liệu môi trường. Khối xử lý trung tâm (PLC S7-1200) nhận tín hiệu từ cảm biến và nút nhấn, sau đó xử lý theo logic đã lập trình. Khối chấp hành (đầu ra) thực thi lệnh từ PLC để điều khiển các thiết bị. Khối giám sát (WinCC, Web Server) hiển thị trạng thái hệ thống và cho phép người dùng tương tác. Các thành phần chính bao gồm: PLC S7-1200, cảm biến nhiệt độ PT100, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến ánh sáng, máy bơm, quạt tản nhiệt, đèn sưởi, động cơ kéo mái che và bộ chuyển mạch mạng. Sự kết hợp của các thành phần này tạo nên một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh.

3.2. Vai trò của PLC S7 1200 trong xử lý dữ liệu trung tâm

PLC S7-1200 của Siemens đóng vai trò là bộ não của toàn bộ hệ thống. Nó thực hiện nhiều chức năng quan trọng: thu thập dữ liệu từ các cảm biến analog và digital; thực thi chương trình điều khiển được lập trình bằng phần mềm TIA Portal; điều khiển trực tiếp các thiết bị đầu ra như relay, động cơ; và đặc biệt là tích hợp chức năng Web Server. Chức năng này cho phép PLC giao tiếp trực tiếp với các trình duyệt web qua giao thức HTTP, loại bỏ sự cần thiết của một máy chủ PC riêng biệt. Điều này giúp hệ thống trở nên gọn nhẹ, tiết kiệm chi phí và tăng độ tin cậy. PLC S7-1200 là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển từ xa nhờ tính ổn định và khả năng tích hợp mạnh mẽ.

IV. Hướng dẫn thiết kế trang trại thông minh với PLC S7 1200

Việc thiết kế trang trại thông minh sử dụng PLC S7-1200 là một quy trình kỹ thuật đòi hỏi sự kết hợp giữa lập trình và thiết kế phần cứng. Quá trình này bắt đầu bằng việc lựa chọn và lắp đặt các thiết bị phù hợp, từ PLC, cảm biến đến các cơ cấu chấp hành. Tiếp theo là giai đoạn lập trình, đây là bước cốt lõi để tạo ra linh hồn cho hệ thống. Sử dụng phần mềm TIA Portal, các kỹ sư sẽ xây dựng logic điều khiển cho cả hai chế độ: tự động và thủ công. Ở chế độ tự động, hệ thống vận hành dựa trên các ngưỡng giá trị cài đặt từ cảm biến. Song song đó, việc thiết kế giao diện giám sát HMI (Human-Machine Interface) trên WinCC và trang web HTML là cực kỳ quan trọng. Giao diện này phải trực quan, dễ sử dụng, cho phép người quản lý dễ dàng theo dõi thông số và thực hiện các thao tác giám sát và điều khiển qua Web. Cuối cùng là cấu hình mạng để có thể truy cập hệ thống từ xa qua mạng LAN và WAN. Việc tuân thủ các bước này đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, chính xác và đáp ứng đúng nhu cầu thực tế của trang trại.

4.1. Lập trình logic điều khiển tự động với phần mềm TIA Portal

Phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là công cụ toàn diện của Siemens để lập trình cho PLC S7-1200. Trong TIA Portal, người dùng có thể cấu hình phần cứng, viết chương trình điều khiển, thiết kế giao diện HMI và gỡ lỗi hệ thống. Logic điều khiển được xây dựng để xử lý tín hiệu từ các cảm biến. Ví dụ, chương trình sẽ so sánh giá trị nhiệt độ đo được từ cảm biến nhiệt độ với ngưỡng cài đặt. Nếu nhiệt độ vượt ngưỡng, PLC sẽ tự động bật quạt thông gió. Tương tự, nếu độ ẩm đất thấp, máy bơm sẽ được kích hoạt. Lập trình trong TIA Portal cho phép tạo ra các kịch bản vận hành linh hoạt, đáp ứng các điều kiện môi trường khác nhau một cách thông minh và hiệu quả.

4.2. Xây dựng giao diện giám sát HMI trên WinCC và HTML

Giao diện giám sát là cầu nối giữa người dùng và hệ thống. Trong dự án này, giao diện được xây dựng trên hai nền tảng. Thứ nhất là WinCC, tích hợp trong TIA Portal, dùng để tạo màn hình giám sát chuyên nghiệp chạy trên PC tại trạm điều khiển trung tâm. Giao diện WinCC mô phỏng toàn bộ trang trại, hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị và các biểu đồ dữ liệu. Thứ hai là các trang web tùy chỉnh viết bằng HTML. Các trang này được nhúng vào Web Server của PLC, cho phép giám sát và điều khiển qua Web từ bất kỳ thiết bị nào như máy tính hay điện thoại thông minh. Theo tài liệu nghiên cứu, việc thiết kế giao diện HTML sử dụng các lệnh AWP (Application Web Pages) đặc biệt để đọc/ghi trực tiếp vào các biến của PLC, tạo ra sự tương tác thời gian thực.

V. Kết quả ứng dụng mô hình giám sát và điều khiển thực tiễn

Mô hình thiết kế trang trại thông minh được nghiên cứu và chế tạo bởi nhóm sinh viên Đại học Đà Nẵng đã đạt được những kết quả khả quan, chứng minh tính hiệu quả và khả thi của giải pháp. Hệ thống đã vận hành ổn định ở cả hai chế độ: điều khiển tại chỗ và điều khiển từ xa thông qua giao diện Web. Các chức năng cốt lõi như giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển bơm tưới, quạt thông gió, đèn sưởi và mái che đều hoạt động chính xác theo lập trình. Giao diện giám sát và điều khiển qua Web cho phép người dùng đăng nhập bằng tài khoản, theo dõi các thông số môi trường theo thời gian thực và điều khiển thiết bị một cách dễ dàng. Mặc dù sản phẩm chỉ ở quy mô mô hình, nhưng nó đã giải quyết thành công các bài toán cơ bản về tự động hóa trong nông nghiệp. Kết quả này là một minh chứng rõ ràng cho tiềm năng to lớn của việc ứng dụng công nghệ PLC S7-1200 và Web Server vào việc hiện đại hóa các trang trại, giúp nâng cao năng suất và giảm chi phí vận hành. Đây là nền tảng vững chắc để phát triển các ứng dụng thực tế trong tương lai.

5.1. Triển khai mô hình thực tế và các kịch bản vận hành

Mô hình vật lý được xây dựng bao gồm một khung trang trại thu nhỏ, được trang bị đầy đủ các cảm biến và thiết bị chấp hành. Hệ thống được thử nghiệm với nhiều kịch bản khác nhau. Ví dụ, kịch bản trời nắng nóng: khi cảm biến nhiệt độ báo giá trị cao và cảm biến ánh sáng xác nhận cường độ sáng mạnh, hệ thống tự động kéo mái che và bật quạt thông gió. Kịch bản trời mưa: cảm biến mưa kích hoạt, hệ thống tự động đóng mái che để bảo vệ cây trồng. Kịch bản đất khô: cảm biến độ ẩm đất gửi tín hiệu, hệ thống tự động bật máy bơm tưới phun sương. Các kịch bản này cho thấy khả năng phản ứng thông minh và tự động của hệ thống, giúp duy trì môi trường tối ưu mà không cần can thiệp thủ công.

5.2. Đánh giá hiệu quả giám sát và điều khiển từ xa qua Web

Chức năng giám sát và điều khiển qua Web được đánh giá là hoạt động hiệu quả. Người dùng có thể truy cập vào địa chỉ IP của PLC thông qua trình duyệt trên máy tính hoặc điện thoại trong cùng mạng LAN. Để truy cập từ xa qua mạng WAN (Internet), cần thực hiện cấu hình Port Forwarding trên router. Giao diện web hiển thị đầy đủ thông tin, các nút điều khiển phản hồi nhanh và chính xác. Khả năng giám sát liên tục giúp phát hiện sớm các bất thường, trong khi chức năng điều khiển từ xa mang lại sự tiện lợi tối đa, cho phép chủ trang trại quản lý công việc ngay cả khi không có mặt trực tiếp. Đây là ưu điểm vượt trội so với các phương pháp quản lý truyền thống.

VI. Tương lai của trang trại thông minh và công nghệ điều khiển

Mô hình thiết kế trang trại thông minh với khả năng giám sát và điều khiển qua Web là một bước khởi đầu quan trọng, mở ra nhiều hướng phát triển trong tương lai. Công nghệ này không chỉ dừng lại ở việc tự động hóa các tác vụ đơn lẻ mà còn hướng tới một hệ thống quản lý nông nghiệp toàn diện và thông minh hơn. Tương lai của trang trại thông minh sẽ gắn liền với sự phát triển của Internet vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI) và phân tích dữ liệu lớn (Big Data). Các hệ thống sẽ không chỉ phản ứng với điều kiện môi trường hiện tại mà còn có khả năng dự báo, tối ưu hóa quy trình dựa trên dữ liệu lịch sử và các mô hình dự đoán. Việc tích hợp các công nghệ mới sẽ giúp hệ thống trở nên thông minh hơn, tiết kiệm tài nguyên hơn và có khả năng tự học hỏi, thích ứng. Sự phát triển này hứa hẹn sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành nông nghiệp, đưa nền sản xuất lên một tầm cao mới, bền vững và hiệu quả hơn. Giải pháp dựa trên PLC S7-1200 và Web Server là một nền tảng vững chắc để tiếp tục nghiên cứu và phát triển theo những định hướng này.

6.1. Tổng kết ưu điểm và nhược điểm của giải pháp đề xuất

Giải pháp có nhiều ưu điểm nổi bật: chi phí triển khai hợp lý so với các hệ thống SCADA phức tạp, độ tin cậy và ổn định cao nhờ sử dụng thiết bị công nghiệp PLC S7-1200, khả năng điều khiển từ xa linh hoạt qua giao diện web thân thiện, và giúp tiết kiệm đáng kể chi phí nhân công và tài nguyên. Tuy nhiên, mô hình cũng có một số nhược điểm. Theo báo cáo, "sản phẩm của nhóm chỉ mang tính chất là mô hình và được mô phỏng trên phần mềm nên chưa thể áp dụng vào thực tế sản xuất". Vấn đề bảo mật cho việc truy cập qua internet cũng cần được chú trọng hơn trong các ứng dụng thực tế. Việc khắc phục các nhược điểm này sẽ là mục tiêu cho các nghiên cứu tiếp theo.

6.2. Hướng phát triển và tích hợp công nghệ IoT trong tương lai

Hướng phát triển chính trong tương lai là tích hợp sâu hơn công nghệ IoT (Internet of Things). Thay vì chỉ kết nối các cảm biến và thiết bị trong một mạng cục bộ, hệ thống có thể sử dụng các cảm biến không dây và kết nối chúng lên nền tảng đám mây (Cloud). Dữ liệu lớn thu thập được sẽ được phân tích bằng AI để đưa ra các khuyến nghị canh tác thông minh, dự báo dịch bệnh, và tối ưu hóa lịch trình tưới tiêu, bón phân. Ngoài ra, việc tích hợp các hệ thống camera giám sát thông minh để theo dõi tình trạng sinh trưởng của cây trồng và hành vi của vật nuôi cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn, giúp hoàn thiện hệ thống tự động hóa và quản lý trang trại một cách toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Chăn nuôi là một trong các ngành nghề vô cùng quen thuộc và quan trọng tại nước ta. Trước đây, người dân thường chăn nuôi theo phương thức nhỏ lẻ theo từng hộ gia đình. Tuy nhiên, hiện nay nhu cầu sử dụng sản phẩm từ ngành chăn nuôi trên thị trường đang ngày càng cao. Để nâng cao năng suất cho ngành chăn nuôi, các trang trại với quy mô lớn ra đời.

Các trang trại chăn nuôi đang dần phổ biến tại nước ta. Tại đây không chỉ chăn nuôi các giống gia súc như bò, heo, dê,…mà còn nhiều loại gia cầm khác như gà, vịt, gan,…Với số lượng gia súc gia cầm lớn như vậy, vấn đề quản lý chăm sóc vật nuôi tại các trang trại gặp rất nhiều khó khăn. Do đó, việc áp dụng các giải pháp – phần mềm quản lý chăn nuôi thông minh vô cùng cần thiết. Không chỉ riêng các trang trại chăn nuôi có quy mô lớn đã dần áp dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, hiện nay các mô hình trồng trọt trong nhà với quy mô lớn cũng dần xuất hiện nhiều ở nước ta.

Mô hình trồng trọt trong nhà phải chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau của môi trường: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, biến đổi khí hậu. Đối với việc theo dõi và chăm sóc cây trồng theo hướng thủ công thì quả là một công việc khó khăn đối với các chủ trang trại. Đối với các trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm và các trang trại trồng trọt với số lượng nhiều và khuôn viên rộng lớn thì một hệ thống quản lý trang trại chăn nuôi tự động là một giải pháp tối ưu. Với đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRANG TRẠI GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUA WEB SERVER” sẽ cung cấp cho các chủ trang trại những giải pháp tối ưu nhất, để điều khiển hệ thống thông gió, điều khiển hệ thống phun sương, hệ thống đèn sưởi một cách tự động và chính xác.

Mục đích để cân bằng nhiệt độ, đảm bảo độ thoáng mát vào mùa nóng, độ ẩm vào mùa lạnh cho gia súc, gia cầm trong trang trại. Mô hình trang trại tự động giám sát và điều khiển qua web server mang đến nhiều lợi ích cho các chủ trang trại: • Giúp chủ trang trại giám sát, điều khiển từ xa thông qua mạng internet. • Tiết kiệm chi phí thuê nhân công trong trang trại. • Nâng cao năng suất và sản lượng chăn nuôi hiệu quả.

Nhóm 45 GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa Trang 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế mô hình trang trại giám sát và điều khiển tự động qua Web Server • Giảm thiểu tối đa các rủi ro về dịch bệnh làm giảm sản lượng và chất lượng chăn nuôi. Mục đích của đề tài Mục đích của mô hình này là giúp cho chủ trang trại kiểm soát được tình trạng của vật nuôi từ xa, giảm nguồn nhân lực, tiết kiệm chi phí. Đảm bảo chuồng trại luôn được thông thoáng, sạch sẽ nâng cao sức khỏe vật nuôi và chính bản thân chủ trang trại. Một số tính năng của mô hình: − Quản lý tập trung, cho phép kiểm soát nhiều chuồng trại − Cho phép chủ trang trại tự cài đặt, tùy chỉnh các giá trị nhiệt độ, độ ẩm − Triển khai các công nghệ mới, chẳng hạn như các thiết bị IOT − Cảnh báo lỗi của quạt, bơm: khi thiết bị hỏng, cảnh báo lỗi động cơ gặp sự cố, chạy quá tải.

Phương pháp thực hiện của đề tài 1. Sử dụng hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị qua web server 1. Định nghĩa về web server [1] Web Server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chương trình và các file Multimedia). Web Server có khả năng gửi đến máy khách những trang Web thông qua môi trường Internet qua gia thức HTTP, giao thức được thiết kế gửi các file đến trình duyệt Web (Web Browser), và các giao thức khác.

Tất cả các Web Server đều có một địa chỉ IP (IP Address) hoặc cũng có thể có một Domain Name. Giả sử khi người sử dụng đánh vào thanh địa chỉ trên trình duyệt của máy tính một dòng ‘http://www.com’ sau đó nhấn Enter, khi đó người sử dụng đã gửi yêu cầu đến một Server có Domain Name là ‘www. Server này sẽ tìm trang Web có tên là index.htm rồi gửi nó đến trình duyệt của người sử dụng. Bất kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một Web Server bởi việc cài đặt lên nó một chương trình phần mềm Server Software và sau đó kết nối vào Internet.

Khi máy tính kết nối đến một Web Server và gửi yêu cầu truy cập các thông tin từ một trang Web nào đó, Web Server Software sẽ nhận yêu cầu và gửi lại những thông tin mà người sử dụng mong muốn. Web Server Software cũng chỉ là một ứng dụng phần mềm, nó được cài đặt và chạy trên máy tính dùng làm Web Server, nhờ có chương trình này mà người sử dụng có thể truy cập đến các thông tin của trang Web từ một máy tính khác ở trên mạng (Internet, Intranet). Nhóm 45 GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa Trang 12 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế mô hình trang trại giám sát và điều khiển tự động qua Web Server 1. Nguyên lý hoạt động của Web Server [2] Cách thức vận hành của Web Server: Hình 1.

Cách thức vận hành của Web Server Người dùng Internet sẽ truy cập một website bất kỳ thông qua một trình duyệt web được cài trên máy tính hoặc thiết bị di động. Lúc này, trình duyệt web mà bạn đang sử dụng (Chrome, Firefox …) sẽ nhận yêu cầu đó và chuyển đổi từ địa chỉ tên miền sang địa chỉ IP kèm theo tên miền đó. Việc truy xuất thông tin IP này sẽ thông qua các máy chủ DNS. Sau đó trình duyệt sẽ thông qua giao thức HTTP gửi yêu cầu đến Web server báo là có một người dùng đang cần truy xuất thông tin tại địa chỉ này.

Và nó yêu cầu máy chủ hãy trả về kết quả cho người dùng. Khi nhận được yêu cầu từ trình duyệt, máy chủ web sẽ kiểm tra lại trong hệ thống xem có tài nguyên nào liên quan đến địa chỉ mà người dùng đang cần tìm hay không. Trường hợp có nó sẽ trả lại thông tin qua giao thức HTTP đến trình duyệt web để hiển thị cho người dùng. Còn nếu không thì nó sẽ xuất hiện các thông báo lỗi hoặc nội dung không tìm thấy.

Cứ như vậy quy trình này được lặp đi lặp lại. Cách thức giám sát và điều khiển thiết bị thông qua Web Server. [2] Muốn điều khiển thiết bị dựa vào Web Server thì máy chủ và máy khách hoạt động cần thông qua HTTP và có hỗ trợ internet. HTTP hoạt động dựa trên mô hình Client – Server.

Trong mô hình này, các máy tính của người dùng sẽ đóng vai trò làm máy khách (Client). Sau một thao tác nào đó của người dùng, các máy khách sẽ gửi yêu cầu đến máy chủ (Server) và chờ đợi câu trả lời từ những máy chủ này. Nguyên lý hoạt động của việc điều khiển thiết bị qua Web Server cũng dựa vào điều này, khi người dùng muốn điều khiển thiết bị cần gửi một yêu cầu (Request) đến Nhóm 45 GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa Trang 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế mô hình trang trại giám sát và điều khiển tự động qua Web Server máy chủ. Máy chủ sẽ xem xét yêu cầu đó và sẽ gửi về một trình duyệt nội dung có giao diện điều khiển thiết bị.

Thiết bị cần được kết nối với máy tính của người dùng để khi yêu cầu thao tác điều khiển máy sẽ hoạt động như mong muốn. Những lợi ích của việc giám sát và điều khiển thiết bị qua Web Server. [3] − Về cấu hình hệ thống: + Thông qua Web Server người dùng có thể cấu hình cho toàn bộ hệ thống + Thiết lập các thông số hệ thống, kết nối đầu đọc, thiết lập các ngõ vào/ra + Thiết lập cho nhiều bộ điều khiển khác được kết nối trong hệ thống + Cài đặt các tính năng ứng dụng + Nhập thông tin người dùng, phân quyền quản lý/giám sát + Thiết lập các quy tắc chấm công, quản lý khác nhau. − Về giám sát: + Chủ động điều khiển đóng/mở các thiết bị + Nhận các thông tin về tình trạng hệ thống.

Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị qua Web Server 1. Nhu cầu giám sát và điều khiển tự động hệ thống Thực hiện mục tiêu phát triển chăn nuôi theo hướng bền vững, mang lại hiệu quả cao, đặc biệt là hướng đến nâng cao chất lượng, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, thời gian qua, nhiều trang trại chăn nuôi đã quan tâm áp dụng khoa học kỹ thuật, đầu tư trang thiết bị máy móc hiện đại. Qua đó góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, giá trị sản phẩm nông nghiệp. Ngoài việc quan tâm đến chất lượng thức ăn đầu vào, mở rộng chuồng trại, các trang trại còn chú trọng áp dụng khoa học kỹ thuật, đầu tư thiết bị, máy móc hiện đại trong chăn nuôi và bảo vệ môi trường.

Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng sản phẩm nông nghiệp “Xanh- Sạch” cũng đang là xu hướng mà ngành trồng trọt quan tâm hàng đầu. Các mô hình trông trọt trong nhà hiện nay đang dần đáp ứng được xu hướng đó nhưng để làm được điều này thì cần phải áp dụng những hệ thống giám sát và điều khiển tự động, để có thể theo dõi và chăm sóc hiệu quả cho cây trồng. Cụ thể như: đầu tư hệ thống làm mát bằng giàn bơm phun sương và hệ thống bóng điện sưởi ấm, cuối trại có gắn quạt lớn để thông gió trong chuồng nuôi. • Hệ thống điều khiển tưới: hệ thống bao gồm các thiết bị: đầu tưới phun sương/mưa, bộ điều khiển tưới, hệ thống giúp tưới nước một cách hiệu quả, tiết kiệm và đạt năng suất cao.

Giúp các chủ trang trại giảm giá thành chi phí sản xuất. Nhóm 45 GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa Trang 14 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thiết kế mô hình trang trại giám sát và điều khiển tự động qua Web Server • Hệ thống điều khiển môi trường: hệ thống bao gồm các cảm biến nhận biết nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, hệ thống quạt thông gió để điều hòa không khí, hệ thống đèn chiếu sáng để tăng cường ánh sáng khi cần thiết và hệ thống đèn sưởi ấm để giữ ấm cho vật nuôi vào mùa đông. Hệ thống đèn sưởi Hình 1. Hệ thống bơm phun sương 1.