chương 1 là chương tổng quan đã được trình bày ở trên, phần nội dung còn lại của đề tài bao gồm những chương dưới đây: 2 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này tập trung trình bày về các lý thuyết cơ bản có liên quan đến những nội dung nghiên cứu trong đề tài. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống Chương này trình bày sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và giải thích nguyên lý hoạt động, tính toán thiết kế và lựa chọn linh kiện, lưu đồ giải thuật và phần ứng dụng cũng như Web điều khiển. Chương 4: Kết quả thực hiện Chương này trình bày những kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài như mô hình hệ thống sau khi thi công, ứng dụng và Web sau đó đưa ra những đánh giá về kết quả. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Dựa vào kết quả đã trình bày ở chương 4, rút ra kết luận chung, những đánh giá, nhận xét, so sánh với mục tiêu đề ra của đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển để có thể giải quyết những vấn đề chưa làm được và những điểm có thể phát triển được của đề tài để đồ án có thể hoàn thiện hơn.
3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về đặc tính sinh trưởng của rau xà lách Xà lách là một loại rau rất quen thuộc đối với nhiều người, nhiều vùng miền khác nhau trong mỗi bữa ăn hằng ngày, nó là một nguồn thực phẩm rất tốt cho sức khỏe do chứa nhiều vitamin và chất xơ. Để có thể trồng được cây xà lách phát triển một cách tốt nhất thì cần phải đảm bảo đủ những yếu tố cần thiết và dưới đây là một số đặc tính sinh trưởng cũng như yêu cầu kỹ thuật khi trồng xà lách. Với nhiệt độ và độ ẩm không khí thì xà lách là loại cây dễ trồng, dễ thích nghi, thu hoạch trong khoảng từ 35 – 45 ngày. Ưa thời tiết ẩm ướt, mát mẻ, tốt nhất nên trồng vào mùa xuân và mùa thu, thậm chí còn không phải lo lắng về thời tiết lạnh giá vì cây con có thể chịu được sương giá nhẹ.
Hạt nảy mầm trong nhiệt độ thấp tới 40℉ (4℃) nhưng nhiệt độ nảy mầm và phát triển lý tưởng của nó là từ 60 đến 65℉ (16 đến 18℃), độ ẩm không khí thích hợp cho cây phát triển rơi vào khoảng 65 – 75% Còn với độ ẩm đất thì do xà lách có rễ ăn nông nên cây cần tưới nước đều đặn và trồng ở nơi đất có thể thoát nước tốt, tốt nhất nên nằm trong 60 – 70%. Nên tưới nước 2 lần /ngày vào sáng sớm và chiều mát nếu đất khô và tưới tới 1 inch (2. Các thùng xà lách cần được tưới nước thường xuyên hơn so với các luống vườn, đặc biệt là vào mùa hè, xà lách thích độ pH trong đất từ 6,2 đến 6,8. Vào mùa mưa thì nên tránh tưới nước nhiều và nên có bạt che chắn để cây không bị úng nước.
Để tránh làm hư hạt giống mới trồng, hãy tưới nước bằng cách phun sương nhẹ nhàng lên khu vực đó bằng vòi phun mịn cho đến khi đất ẩm. Khi gieo hạt trực tiếp vào vườn, cân nhắc sử dụng bạt che để bảo vệ hạt giống không bị rửa trôi do mưa lớn. Cuối cùng là yêu cầu về ánh sáng thì xà lách phát triển mạnh và nhanh nhất trong điều kiện ánh nắng đầy đủ, ít nhất là sáu đến tám giờ nắng trực tiếp khi đó sẽ giúp cây tạo ra lá nhanh hơn. Có thể trồng trong bóng râm một phần (ba đến bốn giờ nắng), nhưng trong điều kiện ánh sáng yếu.
Ở những vùng nóng thì nên chọn một điểm có bóng râm vào buổi chiều hoặc có mái che để cây phát triển tốt nhất [1].1 Cây rau xà lách 2.2 Giới thiệu chung về các công nghệ truyền dẫn không dây Ngành công nghiệp IoT đã và đang mang lại rất nhiều giá trị và giải pháp cho xã hội với các nhà sản xuất chip đầu tư mạnh vào thị trường đang phát triển này theo cấp số nhân. Tuy nhiên, nó không phải là không có những thách thức, với việc triển khai IoT đang lan rộng trên các thị phần và ứng dụng, các yêu cầu của cơ chế giao tiếp cơ bản cũng khác nhau nên không có giải pháp chung nào cho tất cả vì các nhu cầu là khác nhau trong trường hợp liên quan đến thông lượng, phạm vi, mức tiêu thụ điện năng,. Một trong những thách thức chính trong việc xây dựng một hệ thống IoT là đảm bảo cho những thiết bị, những node trong hệ thống có thể giao tiếp với internet. Có nhiều công nghệ truyền thông không dây, chẳng hạn như không dây tầm ngắn, mạng di động, LPWAN,.
Ta có thể thấy Wifi ở khắp mọi nơi vào thời điểm này nhưng nó sử dụng rất nhiều năng lượng và truyền rất nhiều dữ liệu, mặc dù điều này là rất tốt nhưng nó không phải là giải pháp hoàn hảo cho các thiết bị IoT không dùng nhiều năng lượng hay chỉ cần gửi một lượng nhỏ dữ liệu. Ngoài ra chúng ta còn có Bluetooth, cho phép giao tiếp cục bộ nhưng có phạm vi rất hạn chế trong phiên bản 4.0 và chúng cũng đòi hỏi quá nhiều điện năng, ngay cả các thiết bị Bluetooth Low Energy (BLE) mới hơn vẫn tiêu thụ nhiều năng lượng hơn mức cần thiết. Cho đến nay, công nghệ tốt nhất hiện có trên thị trường là ZigBee với module công suất thấp ZigBee, có thể truyền qua khoảng cách xa hơn và tốc độ truyền thấp, thường là vài 5 km nhưng vẫn rất ngắn và giá thành cũng khá cao. Đối với mạng di động thì có thể chúng ta cũng đã quen với với công nghệ mạng diện rộng như mạng 4G và 5G di động cho phép truyền dữ liệu với khoảng cách xa, tuy nhiên mạng WAN di động vẫn tiêu thụ rất nhiều năng lượng.
Bây giờ hãy nghĩ về một giải pháp IoT, trong đó có các node cảm biến không dây trải dài vài km để truyền các giá trị cảm biến của chúng qua mạng vài chục lần mỗi giờ, dữ liệu truyền đi sẽ nhỏ và rời rạc. Hơn nữa, các node này hoạt động bằng pin được cho là sẽ chạy ít nhất trong vài năm. Trong những điều kiện như vậy, chúng ta cần một mạng không dây tiêu thụ điện năng rất thấp nhưng cũng hoạt động trong khoảng cách lớn hơn so với mạng Wifi và đó là LoRa. LoRa là tên viết tắt của LongRange, được phát triển bởi một công ty có tên Semtech, là một hệ thống truyền thông không dây tầm xa và công suất thấp có thể gửi một lượng nhỏ dữ liệu ở khoảng cách xa.
Hai tính năng này làm cho nó trở thành một giải pháp hấp dẫn để ứng dụng trong các sản phẩm thuộc ngành công nghiệp IoT. Công nghệ LoRa hoạt động ở nhiều dải tần khác nhau trong từng khu vực khác nhau như ở Hoa Kỳ hoạt động ở băng tần 902 MHz đến 928 MHz, ở Châu Âu hoạt động ở băng tần 868 MHz và ở Châu Á hoạt động ở băng tần 433 MHz, 865 đến 867 MHz, 920 đến 923 MHz và đặc biệt là những tần số đó đều không cần có giấy phép sử dụng. Mỗi cổng kết nối LoRa có khả năng xử lý lên đến hàng triệu node. Các tín hiệu có thể trải dài trong một khoảng cách đáng kể (có phạm vi phủ sóng rất rộng khoảng 2.5 km trong khu vực nội thành và 15 km ở khu vực ngoại thành), việc xây dựng mạng rẻ và triển khai cũng nhanh hơn nhiều.
[2] Để có một cái nhìn tổng quan hơn, hãy xem biểu đồ ở hình 2.2 [3], biểu đồ so sánh một số công nghệ không dây trên 2 phương diện – phạm vi truyền và tốc độ bit. Có thể thấy, tốc độ bit LoRa khá thấp, nó theo thứ tự hàng chục kilobit mỗi giây. Nhưng điều này đi kèm với một phạm vi truyền lớn hơn nhiều và công suất truyền thấp hơn nhiều.2 Biểu đồ so sánh data rate và range của một số công nghệ không dây 7 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống 3.1 Yêu cầu của hệ thống Hệ thống bao gồm 3 chế độ: Thủ công, tự động và thời gian. Chế độ thủ công cho phép điều khiển trực tiếp trên hệ thống thông qua các nút nhấn cảm ứng.
Ở chế độ tự động thì hệ thống sẽ tự động hoạt động mà không cần con người tác động điều khiển nhờ các giá trị giới hạn đã được người dùng cài đặt từ trước như nhiệt độ giúp đảm bảo biên độ nhiệt cho rau phát triển, độ ẩm đất đảm bảo cung cấp nước đầy đủ tránh cho cây bị khô héo, độ ẩm không khí và ánh sáng thì giúp đảm bảo sự thông thoáng. Chế độ thời gian sẽ cài đặt thêm thời gian để hẹn giờ tưới,. Tất cả các thông số của môi trường, thiết bị và giá trị cài đặt sẽ được hiển thị trên màn hình LCD để quan sát tại vườn và được gửi lên Firebase. Từ Firebase, ứng dụng Android và Web sẽ lấy những dữ liệu đó về để hiển thị, đồng thời còn có thể điều khiển thiết bị và cài giới hạn thông qua Wifi.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối WEB KHỐI GIAO TIẾP SERVER APP ANDROID WIFI KHỐI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ & ĐỘ ẨM KHỐI HIỂN THỊ KHỐI CẢM BIẾN KHỐI ĐỘ ẨM ĐẤT XỬ LÝ KHỐI CHUYỂN KHỐI ĐỘNG CƠ TRUNG TIẾP DỮ LIỆU RÈM KHỐI CẢM BIẾN GIAN KHỐI MƯA XỬ LÝ KHỐI ĐỘNG CƠ KHỐI CẢM BIẾN TRUNG MÁI ÁNH SÁNG TÂM ĐÈN KHỐI REALTIME KHỐI RELAY BƠM KHỐI NÚT NHẤN PHUN SƯƠNG KHỐI NGUỒN Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 8 Giải thích chức năng các khối trong sơ đồ khối hình 3.1 ▪ Khối xử lý trung tâm (MCU): Điều khiển hệ thống hoạt động, nhận và xử lý dữ liệu thu được từ các khối LoRa, khối Realthời gian, khối nút nhấn, sau đó gửi đến khối hiển thị để hiển thị và khối công suất để điều khiển.
Ngoài ra, còn giao tiếp với module LoRa và ESP8266. ▪ Khối giao tiếp Wifi: Giao tiếp với khối MCU để đưa dữ liệu lên Firebase để ứng dụng và Web có thể lấy dữ liệu đó về, đồng thời cũng nhận dữ liệu thay đổi từ Firebase (do ứng dụng và Web điều khiển) sau đó gửi về khối MCU. ▪ Khối xử lý trung gian: Giống với khối MCU nhưng chỉ có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các cảm biến ở các node sau đó qua module LoRa để truyền dữ liệu thu được đó tới khối MCU. ▪ Khối LoRa: Sử dụng module LoRa để truyền nhận dữ liệu từ các node ở vườn đến module LoRa ở khối MCU với lượng điện năng tiêu thụ ít nhất có thể.