Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nông nghiệp là ngành kinh tế nền tảng của xã hội nhưng lại là một trong những lĩnh vực tiếp cận chậm với làn sóng kinh tế kết nối và Internet of Things (IoT). Tại Việt Nam, sự biến đổi khí hậu cùng với các vấn đề tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, vi sinh vật gây hại trên rau củ quả đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tối ưu hóa quy trình trồng trọt. Đồng thời, xu hướng tự trồng rau sạch và cây cảnh tại các không gian đô thị hạn chế như sân thượng, ban công, hành lang ngày càng phổ biến đối với những người có quỹ thời gian hạn hẹp.

Mặc dù một số địa phương đã bắt đầu ứng dụng công nghệ cao vào các loại cây có giá trị kinh tế, số lượng các giải pháp tự động hóa nội địa đáp ứng được bài toán chi phí và điều kiện môi trường thực tế tại Việt Nam vẫn còn hạn chế. Các giải pháp ngoại nhập thường có giá thành cao và khó tùy biến. Đề tài "Ứng dụng công nghệ IoT vào hệ thống trồng trọt trong nông nghiệp" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán tự động hóa quá trình theo dõi, chăm sóc cây trồng dựa trên mạng cảm biến và kết nối không dây, cung cấp công cụ giám sát trực quan từ xa qua môi trường web với chi phí tối ưu.

Đồ án xác định mục tiêu và 5 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng hệ thống tự động hóa quá trình chăm sóc cây trồng dựa trên kỹ thuật truyền phát không dây; liên tục thu thập, cập nhật các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng) lên giao diện web; cho phép giám sát và điều khiển thiết bị chấp hành từ xa thông qua mạng Internet theo hai chế độ vận hành (tự động và thủ công), đáp ứng điều kiện sinh trưởng của nhiều loại cây trồng khác nhau.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Nhiệm vụ 1: Thiết lập kết nối mạng cho bộ xử lý trung tâm; giao tiếp và lập trình thu thập dữ liệu từ các khối cảm biến.
    • Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu các ngôn ngữ lập trình web (HTML, CSS, PHP, thư viện jQuery) và thiết kế giao diện điều khiển, hiển thị.
    • Nhiệm vụ 3: Nghiên cứu giao thức truyền nhận dữ liệu từ cảm biến, xây dựng cơ sở dữ liệu để lưu trữ và hiển thị số liệu lên web.
    • Nhiệm vụ 4: Thiết kế và thi công mô hình thực tế, hiệu chỉnh hệ thống nhằm đáp ứng các điều kiện vận hành ngoài thực địa.
    • Nhiệm vụ 5: Vận hành thử nghiệm và đánh giá kết quả thực hiện của toàn hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhúng giám sát vi khí hậu và điều khiển tự động thiết bị tưới tiêu, chiếu sáng, làm mát phục vụ trồng trọt.
  • Phạm vi kỹ thuật: Sử dụng vi điều khiển Wemos D1 R2 (ESP8266EX), các cảm biến TSL2561, SHT10, YL-69, màn hình LCD 20x4 chuẩn I2C, module relay 4 kênh cùng hệ thống web server (Apache, MySQL, PHP).
  • Phạm vi không gian: Mô hình thực nghiệm có kích thước 45 x 30 x 30 cm, kiểm thử trên 01 cụm cây trồng tại không gian ban công, sân nhà và sân thượng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên khung kiến trúc IoT 3 lớp: lớp thiết bị thu thập/chấp hành phần cứng, lớp truyền thông mạng và lớp máy chủ/giao diện người dùng.

1. Khung lý thuyết và công nghệ sử dụng

  • Phần cứng điều khiển và vi xử lý: Tác giả tiến hành khảo sát ba nền tảng gồm máy tính nhúng Raspberry Pi 3 Model B+ (SoC Broadcom BCM2837B0 64-bit 1.4 GHz, RAM 1 GB, chi phí cao), board Arduino Uno R3 (vi điều khiển ATmega328P 8-bit, 16 MHz, thiếu kết nối mạng tích hợp) và board Wemos D1 R2. Wemos D1 R2 sử dụng vi điều khiển tích hợp Wi-Fi SoC ESP8266EX (lõi Tensilica Xtensa LX106 32-bit RISC 80 MHz, 64 KB RAM lệnh, 96 KB RAM dữ liệu, 4 MB Flash ngoài, chuẩn Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2 và giao thức TCP/IP).
  • Chuẩn truyền thông nối tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit): Sử dụng 2 đường tín hiệu SDA (Serial Data) và SCL (Serial Clock) với điện trở kéo lên nguồn dương (1kΩ - 4.7kΩ). Khung truyền dữ liệu được kiểm soát bởi các điều kiện Start (SDA chuyển từ cao xuống thấp khi SCL ở mức cao) và Stop (SDA chuyển từ thấp lên cao khi SCL ở mức cao), bit địa chỉ 7-bit, bit đọc/ghi (R/W) và bit xác nhận ACK. Hệ thống hoạt động ở chế độ Standard mode (100 kbps) và Fast mode (400 kbps).
  • Cơ chế cảm biến:
    • Cảm biến ánh sáng TSL2561: Tích hợp bộ chuyển đổi ADC nội và mạch tiền xử lý, xuất dữ liệu trực tiếp dưới dạng đơn vị độ rọi Lux qua giao tiếp I2C mức logic 3.3V/5V.
    • Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm SHT10: Vỏ bảo vệ kim loại chống nước và bụi, tích hợp sẵn điện trở kéo 10kΩ, truyền thông kỹ thuật số 2 dây chuyên dụng.
    • Cảm biến độ ẩm đất YL-69: Nguyên lý biến đổi điện trở tiếp xúc giữa hai cực cắm trong đất (hấp thụ hơi nước thông qua các thành phần hóa học như LiCl, $P_2O_5$), sử dụng IC so sánh LM393 để tạo ngõ ra số (Digital) và ngõ ra tương tự (Analog 10-bit từ 0 đến 1023).
  • Công nghệ Web và Cơ sở dữ liệu:
    • Bộ giao thức TCP/IP: Ứng dụng phương thức truyền dữ liệu qua HTTP/HTTPS.
    • Môi trường máy chủ: Sử dụng gói phần mềm XAMPP tích hợp máy chủ web Apache và hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ MySQL.
    • Ngôn ngữ phát triển: HTML (định dạng cấu trúc tài liệu), CSS (định dạng hiển thị giao diện), PHP (xử lý phía máy chủ và truy vấn cơ sở dữ liệu), JavaScript kết hợp thư viện jQuery (xử lý bất đồng bộ AJAX, quản lý sự kiện và thao tác cây DOM).

2. Phương pháp nghiên cứu

Đồ án áp dụng phương pháp thiết kế kỹ thuật kết hợp thực nghiệm:

  • Phân tích yêu cầu chức năng và tính toán phụ tải dòng điện cho các khối phần cứng.
  • Thiết kế mạch in (PCB Layout), lập trình firmware nhúng trên nền tảng Arduino IDE.
  • Lập trình hệ thống web server, xây dựng cơ sở dữ liệu quan hệ để lưu trữ bản ghi môi trường.
  • Thi công mô hình vật lý, hiệu chỉnh tham số ngưỡng và đo kiểm độ ổn định trong điều kiện hoạt động thực tế.

Thiết kế và triển khai

1. Kiến trúc hệ thống và kết nối phần cứng

Hệ thống được tổ chức thành 6 khối chức năng chính: Khối nguồn, Khối xử lý trung tâm (Wemos D1 R2), Khối cảm biến, Khối hiển thị (LCD 20x4 qua I2C), Khối tải chấp hành (Relay 4 kênh) và Máy chủ Web.

Thiết bị / Module Cổng trên Module Chân kết nối trên Wemos D1 R2 Chức năng kỹ thuật
Cảm biến TSL2561 VCC, GND, SCL, SDA 5V, GND, SCL (D1), SDA (D2) Đo cường độ ánh sáng (Lux)
Cảm biến SHT10 VCC, GND, SCK, DATA 5V, GND, D5, D4 Đo nhiệt độ không khí và độ ẩm tương đối
Cảm biến YL-69 VCC, GND, A0 5V, GND, A0 Đo độ ẩm đất (chuyển đổi ADC 10-bit)
Module LCD I2C VCC, GND, SCL, SDA 5V, GND, SCL (D1), SDA (D2) Hiển thị thông số 4 dòng x 20 ký tự
Module Relay 4 kênh VCC, GND, CTR1 5V, GND, chân kích High (5V) Điều khiển Đèn sợi đốt (220VAC - 25W)
CTR2 chân kích High (5V) Điều khiển Quạt tản nhiệt (12VDC - 1.5W)
CTR3 chân kích High (5V) Điều khiển Bơm 1: Phun sương (12VDC - 3W)
CTR4 chân kích High (5V) Điều khiển Bơm 2: Tưới nhỏ giọt (12VDC - 3W)

Module relay sử dụng nguồn nuôi 5VDC, dòng tiêu thụ xấp xỉ 200 mA mỗi kênh, tích hợp IC cách ly quang (opto-coupler) và transistor kích để bảo vệ vi điều khiển khỏi xung ngược. Tiếp điểm relay chịu tải tối đa 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A.

2. Thuật toán điều khiển và phần mềm nhúng

Chương trình nhúng trên Wemos D1 R2 hoạt động theo chu trình vòng lặp:

  1. Khởi tạo: Cấu hình các chân I/O, nạp thư viện I2C, thiết lập thông số ban đầu của LCD và kết nối vào mạng Wi-Fi theo SSID/Password định sẵn.
  2. Đọc cảm biến: Đọc giá trị số từ TSL2561, chuỗi dữ liệu thời gian thực từ SHT10 và điện áp tương tự từ YL-69 qua chân A0.
  3. Truyền nhận dữ liệu: Gửi chuỗi tham số cảm biến lên máy chủ web qua phương thức HTTP Request; nhận chuỗi phản hồi chứa ký tự điều khiển và chế độ hoạt động từ máy chủ.
  4. Xử lý logic:
    • Chế độ Tự động (Auto): Vi điều khiển so sánh dữ liệu đo được với các ngưỡng thiết lập (lấy từ cơ sở dữ liệu trên web). Nếu độ ẩm đất thấp hơn ngưỡng, kích hoạt Bơm 2; nếu nhiệt độ vượt ngưỡng, kích hoạt Quạt và Bơm 1 (phun sương); nếu ánh sáng thấp hơn ngưỡng, bật Đèn sợi đốt.
    • Chế độ Thủ công (Manual): Trực tiếp thay đổi trạng thái đóng/ngắt của 4 relay theo tín hiệu điều khiển trực tiếp từ giao diện người dùng.
  5. Hiển thị: Cập nhật giá trị 4 thông số cảm biến, trạng thái 4 tải và chế độ hoạt động lên màn hình LCD 20x4. Khi mất kết nối Wi-Fi, hệ thống tự động ngắt toàn bộ tải và đưa ESP8266 vào trạng thái thử kết nối lại.

3. Thiết kế giao diện Web và Cơ sở dữ liệu

Giao diện quản trị trên nền web bao gồm 4 trang chức năng:

  • Trang Đăng nhập: Xác thực tài khoản người dùng để bảo mật quyền kiểm soát hệ thống.
  • Trang Chủ: Hiển thị bảng điều khiển trạng thái các tải (Bật/Tắt) ở chế độ Manual và hiển thị giá trị thời gian thực của các cảm biến.
  • Trang Cài đặt: Cho phép người dùng cấu hình các ngưỡng nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí và cường độ ánh sáng cho chế độ Auto tùy theo từng loại cây trồng.
  • Trang Biểu đồ: Trực quan hóa biến thiên các thông số môi trường theo thời gian dựa trên các bảng cơ sở dữ liệu MySQL.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng Quan

Chương này phân tích tính cấp thiết của việc áp dụng IoT trong nông nghiệp tại Việt Nam nhằm giảm thiểu chi phí nhân công, tiết kiệm nước tưới và nâng cao năng suất. Tác giả xác định mục tiêu thiết kế hệ thống giám sát từ xa qua Internet với 5 nội dung nghiên cứu chính. Chương cũng giới hạn quy mô mô hình ở kích thước nhỏ (phục vụ 1 cây trồng, 4 thông số cảm biến, 4 cơ cấu chấp hành), sử dụng dịch vụ web host miễn phí để lưu trữ dữ liệu.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Nội dung chương tập trung làm rõ quy trình hoạt động tổng thể và phân tích thông số kỹ thuật của các module phần cứng:

  • Khảo sát các vi điều khiển: Raspberry Pi 3 Model B+, Arduino Uno R3, Wemos D1 R2 và chi tiết cấu trúc chip ESP8266EX (sơ đồ 32 chân chức năng, các chế độ Wi-Fi: Client, Access Point, Both).
  • Phân tích đặc tính cảm biến ánh sáng TSL2561, cảm biến nhiệt độ - độ ẩm (so sánh Si7021, DHT22 và chọn SHT10), cảm biến độ ẩm đất YL-69.
  • Cơ chế hoạt động của màn hình LCD 20x4 cùng các vùng nhớ nội (CGROM chứa font cố định, DDRAM chứa 80 byte dữ liệu hiển thị, CGRAM chứa 64 byte cho 8 ký tự tự tạo) và module chuyển đổi giao tiếp I2C.
  • Đặc tính các tải: Quạt 12VDC (1.5W), 2 động cơ bơm P385 (12VDC, 3W, lưu lượng tối đa 1.8 L/phút), đèn sợi đốt 25W (bước sóng đỏ 620 - 660 nm hỗ trợ quang hợp).
  • Lý thuyết truyền thông: Chuẩn giao tiếp I2C, bộ giao thức TCP/IP, các giao thức HTTP/HTTPS/FTP, các ngôn ngữ phát triển giao diện và xử lý web (HTML, CSS, PHP, JavaScript, thư viện jQuery) cùng môi trường máy chủ XAMPP.

Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống

Chương 3 trình bày chi tiết sơ đồ khối hệ thống, nêu rõ chức năng và trình tự phối hợp hoạt động giữa các khối. Tác giả thực hiện tính toán thiết kế phần cứng:

  • Lập bảng sơ đồ kết nối chân giữa vi điều khiển Wemos D1 R2 với cảm biến TSL2561, SHT10, YL-69, LCD 20x4 và module relay 4 kênh.
  • Xây dựng sơ đồ nguyên lý toàn mạch, mạch cấp nguồn và mạch kích relay có cách ly quang.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật cho chương trình chính của vi điều khiển, lưu đồ chương trình con đọc cảm biến và lưu đồ điều khiển tải theo chuỗi ký tự nhận từ web.
  • Thiết kế kiến trúc các trang web giao diện và cấu trúc bảng trong cơ sở dữ liệu MySQL phục vụ lưu trữ giá trị lịch sử và cấu hình tham số.

Chương 4: Thi Công Hệ Thống Và Kết Quả Thực Hiện

Chương này phản ánh toàn bộ quá trình thi công thực tế và đánh giá sản phẩm:

  • Thi công mạch in điều khiển (PCB Layout) và lắp ráp hoàn chỉnh hộp điều khiển.
  • Thi công mô hình vật lý với khung kích thước 45 x 30 x 30 cm, bố trí các đầu phun sương, vòi tưới nhỏ giọt, quạt làm mát và đèn sưởi.
  • Kiểm thử vận hành hệ thống ở cả hai chế độ Auto và Manual; kiểm tra tính năng gửi nhận dữ liệu giữa bo mạch Wemos D1 R2 với máy chủ web.
  • Ghi nhận giao diện trang web đăng nhập, trang giám sát, trang cài đặt ngưỡng và biểu đồ hiển thị dữ liệu lịch sử trên cơ sở dữ liệu.
  • Phân tích các nhược điểm phát sinh trong quá trình thử nghiệm.

Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Chương cuối tóm lược các kết quả đạt được về mặt phần cứng và phần mềm, khẳng định mô hình đã đáp ứng các mục tiêu ban đầu về đo lường và điều khiển tự động. Tác giả chỉ rõ những mặt hạn chế hiện tại và vạch ra các định hướng cải tiến kỹ thuật cho các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

Hệ thống đã hoàn thiện cả phần cứng lẫn phần mềm, đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật thực nghiệm:

Thông số / Thành phần Thiết bị sử dụng Dải đo / Đặc tính kỹ thuật thực tế
Nhiệt độ không khí SHT10 (có vỏ bảo vệ) Đo từ -40°C đến 120°C, sai số 0.4°C
Độ ẩm không khí SHT10 (có vỏ bảo vệ) Đo từ 0% đến 100% RH, sai số 4.5%
Độ ẩm đất YL-69 (IC LM393) Đo từ 10% đến 70%, chuyển đổi qua ADC 10-bit
Cường độ ánh sáng TSL2561 Đo trực tiếp giá trị độ rọi (Lux) qua bus I2C
Hiển thị tại chỗ LCD 20x4 (Module I2C) 4 dòng x 20 ký tự, hiển thị liên tục 4 thông số và trạng thái tải
Cơ cấu chấp hành Relay 4 kênh kích High Điều khiển độc lập Đèn 25W, Quạt 1.5W, Bơm phun sương 3W, Bơm nhỏ giọt 3W
Điều khiển từ xa Giao diện Web (PHP/MySQL) Chuyển đổi 2 chế độ (Auto/Manual), cài đặt ngưỡng và vẽ biểu đồ
  • Hệ thống thực hiện việc đóng/ngắt tải chính xác theo các ngưỡng cài đặt trong chế độ Auto và phản hồi lệnh tức thời từ giao diện web trong chế độ Manual.
  • Tính năng an toàn phần cứng hoạt động ổn định: khi mất kết nối Wi-Fi, vi điều khiển tự động ngắt các tải để tránh rủi ro tưới tràn hoặc quá nhiệt, đồng thời liên tục quét để kết nối lại mạng.

2. Đóng góp của đề tài

  • Hiện thực hóa thành công mô hình IoT nông nghiệp quy mô nhỏ với chi phí thấp nhờ việc tích hợp vi điều khiển Wemos D1 R2 (ESP8266EX) thay vì các bộ điều khiển đắt tiền hoặc cồng kềnh.
  • Cung cấp một giải pháp phần cứng tối ưu số chân I/O bằng cách phối hợp chuẩn truyền thông I2C cho cả cảm biến ánh sáng và màn hình hiển thị LCD 20x4.
  • Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống truyền nhận hai chiều giữa thiết bị nhúng và web server thông qua cơ sở dữ liệu quan hệ, cung cấp khả năng tùy biến ngưỡng môi trường linh hoạt cho từng loại cây trồng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của hệ thống

  • Độ trễ truyền thông: Việc truyền nhận tín hiệu điều khiển và cập nhật dữ liệu qua mạng Internet vẫn tồn tại độ trễ nhất định phụ thuộc vào chất lượng đường truyền mạng.
  • Hạ tầng máy chủ: Do sử dụng dịch vụ lưu trữ web host miễn phí nên dung lượng lưu trữ cơ sở dữ liệu và băng thông bị giới hạn, ảnh hưởng đến tần suất lưu bản ghi lịch sử lâu dài.
  • Quy mô thử nghiệm: Hệ thống mới chỉ thi công và kiểm nghiệm trên mô hình thu nhỏ với 01 cụm cây trồng trong không gian hẹp (kích thước 45 x 30 x 30 cm), chưa đo kiểm trên diện tích canh tác lớn ngoài trời.

2. Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cấp phần cứng vi điều khiển và mở rộng mạng cảm biến không dây (sử dụng nhiều node cảm biến giao tiếp qua mạng Mesh, Zigbee hoặc LoRa) để quản lý vùng canh tác diện tích lớn.
  • Chuyển đổi nền tảng máy chủ sang hạ tầng điện toán đám mây chuyên dụng để tăng băng thông, nâng cao tốc độ phản hồi và mở rộng dung lượng cơ sở dữ liệu.
  • Phát triển ứng dụng di động độc lập (Mobile App) trên hệ điều hành Android/iOS bên cạnh giao diện web để tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
  • Tích hợp thêm các cảm biến chuyên sâu như cảm biến đo độ pH đất, cảm biến đo nồng độ dinh dưỡng EC nhằm tự động hóa hoàn toàn quy trình châm phân bón và chăm sóc cây trồng phức tạp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Kỹ thuật Máy tính và Công nghệ Thông tin đang thực hiện các đề tài về IoT và nông nghiệp thông minh.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng trực tiếp gồm:

  • Thiết kế mạch giao tiếp giữa vi điều khiển ESP8266EX với các module cảm biến số và tương tự (TSL2561, SHT10, YL-69).
  • Phương pháp sử dụng module I2C để điều khiển màn hình LCD HD44780 nhằm tối ưu hóa tài nguyên chân I/O trên các dòng vi điều khiển hạn chế chân kết nối.
  • Mô hình tích hợp hệ thống nhúng giao tiếp hai chiều với Web Server sử dụng ngôn ngữ PHP và cơ sở dữ liệu MySQL để giám sát và điều khiển thiết bị qua Internet.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm của hệ thống là gì và tại sao tác giả lựa chọn vi điều khiển này?
Hệ thống sử dụng board Wemos D1 R2 tích hợp chip Wi-Fi SoC ESP8266EX. Tác giả lựa chọn board mạch này vì nó tích hợp sẵn module Wi-Fi chuẩn 802.11 b/g/n, hỗ trợ giao thức TCP/IP, tương thích hoàn toàn với môi trường lập trình Arduino IDE, tích hợp sẵn mạch nguồn hạ áp DC từ 9-24V xuống 5V (dòng 1A), mang lại hiệu quả kinh tế và tính gọn nhẹ vượt trội so với việc sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi 3 (chi phí cao) hay Arduino Uno R3 (thiếu kết nối không dây, phải mua thêm module Wi-Fi rời).

2. Hệ thống thu thập những thông số môi trường nào và sử dụng các cảm biến cụ thể nào?
Hệ thống đo lường 4 thông số môi trường:

  • Cường độ ánh sáng: sử dụng cảm biến TSL2561 giao tiếp I2C.
  • Nhiệt độ không khí: sử dụng cảm biến SHT10 (dải đo -40°C đến 120°C, sai số 0.4°C).
  • Độ ẩm không khí: sử dụng cảm biến SHT10 (dải đo 0% đến 100% RH, sai số 4.5%).
  • Độ ẩm đất: sử dụng cảm biến YL-69 tích hợp IC so sánh LM393 (dải đo 10% đến 70%, kết nối ngõ vào tương tự A0).

3. Màn hình LCD 20x4 được kết nối với vi điều khiển Wemos D1 R2 theo cơ chế nào để tiết kiệm chân I/O?
Màn hình LCD 20x4 (sử dụng driver HD44780) thông thường cần ít nhất 6 chân vi điều khiển để điều khiển (RS, EN, D4-D7). Để tiết kiệm chân, tác giả sử dụng một module chuyển đổi giao tiếp LCD sang I2C. Nhờ module này, vi điều khiển Wemos D1 R2 chỉ cần dùng đúng 2 chân SDA và SCL để truyền dữ liệu và điều khiển toàn bộ màn hình hiển thị.

4. Hệ thống vận hành theo những chế độ nào và nguyên lý hoạt động của từng chế độ ra sao?
Hệ thống có hai chế độ hoạt động:

  • Chế độ Auto: Vi điều khiển liên tục so sánh dữ liệu cảm biến đo được với các ngưỡng do người dùng thiết lập trên trang web cài đặt để tự động kích hoạt/ngắt các thiết bị phụ tải tương ứng.
  • Chế độ Manual: Người dùng trực tiếp bật hoặc tắt từng thiết bị (đèn, quạt, bơm 1, bơm 2) thông qua các nút điều khiển trên giao diện trang chủ của website.

5. Hệ thống điều khiển những tải chấp hành nào và thông qua mạch điều khiển trung gian nào?
Hệ thống điều khiển 4 tải chấp hành thông qua Module Relay 4 kênh kích mức cao (5VDC) có cách ly quang:

  • Đèn sợi đốt (220VAC - 25W) dùng để chiếu sáng và hỗ trợ quang hợp.
  • Quạt tản nhiệt mini (12VDC - 1.5W) dùng để làm mát và thông gió.
  • Động cơ bơm mini P385 thứ nhất (12VDC - 3W, lưu lượng tối đa 1.8 L/phút) cấp nước cho đầu phun sương làm mát.
  • Động cơ bơm mini P385 thứ hai (12VDC - 3W) cấp nước cho hệ thống tưới nhỏ giọt.

Kết luận

Đồ án "Ứng dụng công nghệ IoT vào hệ thống trồng trọt trong nông nghiệp" của sinh viên Nguyễn Hải Bằng đã thiết kế và chế tạo thành công một mô hình giám sát, điều khiển vi khí hậu tự động với chi phí tối ưu. Hệ thống làm chủ được việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến TSL2561, SHT10, YL-69 qua vi điều khiển Wemos D1 R2, hiển thị tại chỗ trên LCD 20x4 chuẩn I2C và truyền nhận dữ liệu hai chiều với Web Server viết bằng PHP/MySQL. Mô hình vận hành ổn định ở cả hai chế độ tự động và thủ công, tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc để mở rộng thành các hệ thống quản lý nông nghiệp thông minh trên diện tích lớn.