CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Trong xã.triển như hiện.nay, nhiều công nghệ điều.động và tự.hóa đóng vai trò rất quan trọng trong các lĩnh vực như khoa học kỹ thuật, quản lý nông nghiệp và công nghiệp.nghệ và kỹ.thuật đã giúp đẩy mạnh năng.suất và hiệu quả sản xuất, đồng thời giảm.cơ tai nạn lao động và tiết kiệm chi phí. Chúng ta cần vận dụng hiệu quả các kỹ thuật điều khiển tự động, phát triển giải pháp sáng.quan, nhằm đóng.góp vào sự phát.và đất nước.triển và thịnh hành của.IoT là một trong những xu hướng phát triển đáng chú ý nhất trong thời đại số hiện nay. Đó là sự phát triển của công nghệ, cùng với việc sử dụng các.thiết bị di.minh và các thiết bị cảm biến, đã tạo ra những.vời cho con.người thông qua các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động. Hiện tại ngành sản xuất nông nghiệp vẫn đang đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam.
Sự phát triển của IoT đã giúp cho ngành nông nghiệp của chúng ta đạt được sự tiến bộ đáng kể, góp phần vào sự phát triển đất nước với việc thúc đẩy các chiến lược mới, tăng.xuất, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tăng thu nhập cho người nông dân.việc xây dựng một khu vườn rau đạt tiêu chuẩn, các.được xét duyệt bao gồm địa hình, địa chất, nguồn nước, giống cây, chất lượng đất, độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng, nhằm đảm.bảo sản phẩm đầu. Những mô hình vườn rau thông minh được trang bị các thiết bị công nghệ cao như cảm biến nhiệt độ - độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh sáng, hệ thống tưới tự động và hệ thống giám.thiết bị này sẽ được xử lý và phân tích bởi các phần mềm đặc biệt, giúp cho nhà vườn có cái nhìn toàn diện về tình trạng và hiệu suất vườn rau của mình. Điều này cho thấy sự phát triển của IoT là một hiện thực và giúp nâng cao chất.lượng và hiệu.nghiệp của Việt. Một mô hình vườn rau thông minh đạt chuẩn sẽ giúp nhà vườn quản lý, điều khiển và giám.động của vườn rau một cách.quả và tiết kiệm chi phí.
Sản phẩm trồng trọt từ mô hình đạt chất lượng và đảm.nhất, đáp ứng các yêu cầu của thị trường và người tiêu dùng.tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH VƯỜN RAU THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LORA”. Mô hình này được thiết kế với hệ thống điều khiển và giám sát vườn rau.nghệ giúp tối ưu hóa.thuê mướn nhân công, tiết kiệm thời gian, dễ dàng quản lý chăm.2 TÍNH CẤP THIẾP CỦA ĐỀ TÀI Việc.thiết kế mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa là.nay khi ngành nông nghiệp ở Việt Nam vẫn. Điều này đưa ra yêu cầu kiểm soát tốt các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vườn. Trong tình hình khí hậu thay đổi thất thường như hiện nay, các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và độ pH trong đất đều có tác động tiêu cực đến sự phát triển của vườn rau.
Việc ứng dụng công nghệ truyền nhận không dây LoRa, cảm biến, điều khiển phun sương, tưới nước tự động sẽ giúp nhà vườn xử.và chính.trạng bất lợi trong vườn rau, từ đó.đạt được hiệu suất sản xuất cao hơn và giảm thiểu chi phí. Từ những vấn đề thực tế trên, nhóm đã tiến hành và nghiên cứu đề tài "Thiết kế và thi công mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa”. Sử dụng module ESP32 giao tiếp truyền nhận không dây với công nghệ LoRa, một công nghệ có thể truyền dữ liệu đi xa lên đến hàng chục km trong điều kiện thuận lợi.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU • Nghiên cứu những dạng nhà vườn mà người nông dân hiện tại đang sử dụng để tiến hành thiết kế và thi công mô hình vườn trồng rau cân chỉnh cho phù hợp để có kết quả thực hiện trên mô hình có thể ứng dụng tốt nhất khi đưa vào thực tế. • Hệ thống thu thập được từ các giá trị từ những cảm biến.
Các thông số về nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí, ánh sáng, … • Tìm hiểu các giao tiếp truyền nhận không dây của công nghệ LoRa với module ESP32. • Những dữ liệu từ các cảm biến thông qua tín hiệu truyền nhận từ LoRa được hiển thị lên màn hình LCD, xuất dữ liệu lên Web, có thể giám sát và điều khiển các thiết bị trên điện thoại thông qua App đã được lập trình và đã được đồng bộ với Web. • Sử dụng phương pháp nghiên cứu các ứng dụng IoT để thực hiện đề tài.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU • Tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu về cấu trúc phần cứng, nguyên tắc hoạt động và tính năng của module ESP32, giao tiếp không dây sử dụng công nghệ LoRa, cách điều khiển động cơ và các cảm biến. 2 • Tìm hiểu về lập trình Web, viết App trên phần mền MIT Inventor, tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình, lập trình giao diện trên phần mềm Visual Studio Code và phần mềm lập trình Arduino IDE, thiết kế và in mạch PCB trên Proteus.
• Tìm hiểu và xây dựng cơ sở dữ liệu trên Firebase.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng nghiên cứu ➢ Về phần cứng: • Module ESP32. • Module thu phát tín hiệu LoRa SX1278. • Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm trong không khí DHT11. • Module cảm biến ánh sáng.
• Module cảm biến độ ẩm đất. • Động cơ bước 28BYJ. • Động cơ bơm nước, phun sương và Relay. ➢ Về phần mềm: • Lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C trên trình biên dịch Arduino IDE.
• Thiết kế giao diện Web trên Visual Studio Code, HTML. • Thiết kế giao diện App trên phần mềm MIT Inventor. • Đưa dữ liệu các cảm biến lên Firebase. • Thiết kế sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch in trên Proteus 8.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài thực hiện và dừng lại ở mức độ, thiết kế và thi công mô hình vườn rau thông minh ứng dụng công nghệ LoRa bao gồm: • Thi công hệ thống mô hình có kích thước dài, rộng, cao là 70 x 40 x 45 cm nguyên vật liệu bằng khung sắt, nilong, ống nhựa và giấy formex.
• Module ESP32 giao tiếp thông qua truyền không dây thu phát từ tín hiệu LoRa. • Web và App dùng để giám sát thông số cảm biến và điều khiển các thiết bị. • Toàn bộ hệ thống hoạt động được khi có nguồn điện cấp vào và không có nguồn dự phòng. • Nguồn điện cung cấp cho các động cơ hoạt động có giá trị: 12V 5A.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện đề tài này, nhóm đã tiến hành nghiên cứu về nguyên tắc hoạt động của các module và giao tiếp với công nghệ LoRa, cảm biến, cũng như truyền 3 nhận dữ liệu qua Internet và đồng bộ dữ liệu với Web và App.
Đồng thời, nhóm sử dụng ngôn ngữ lập trình C, CSS và HTML, cùng với các phần mềm để phát triển chương trình điều khiển, thiết kế giao diện và mô phỏng phần cứng.7 BỐ CỤC 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LOẠI RAU Trong thế giới ẩm thực đa dạng, những loại rau tươi mát như cải, salad, cải bó xôi, rau muống,… với màu sắc tươi xanh và hương vị đa dạng, cung cấp nhiều chất dinh dưỡng quan trọng đem lại sức khỏe tốt cho con người, đặc biệt nếu chúng được chăm sóc và giám sát trong một môi trường nghiêm ngặt và an toàn thực phẩm. Vì rau muống là một loại rau lá phổ biến trong ẩm thực Việt Nam, có mặt trong mọi món ăn truyền thống, nổi tiếng với hương vị đặc trưng và giá trị dinh dưỡng cao. Ngoài chứa đựng dinh dưỡng vô số, rau muống còn được biết đến với nhiều lợi ích sức khỏe như tăng cường hệ miễn dịch, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, hỗ trợ tiêu hóa và giữ gìn sức khỏe da tóc. Do đó, nhóm đã quyết định chọn rau muống để thực hiện vườn rau thông minh trong mô hình.
Bởi vì đất nước ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, mưa nhiều, đây là điều kiện lý tưởng cho các giống rau muống phát triển và dễ dàng trồng, chăm sóc. Cho nên, rau muống không chỉ được yêu thích bởi hương vị thơm ngon mà còn vì tính dễ trồng thích hợp với điều kiện môi trường ở nước ta.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rau muống a. Yếu tố nhiệt độ Cây rau muống thích hợp với nhiệt độ ấm áp đến mát mẻ [1]. Căn cứ vào các yếu tố nhiệt độ dưới đây là phạm vi nhiệt độ mà cây rau muống có thể sinh trưởng và phát triển tốt: • Nhiệt độ tối thiểu: rau muống có thể chịu được nhiệt độ tối thiểu từ 10°C đến 12°C.
Dưới nhiệt độ này, cây có thể bị tổn thương và mọc chậm. • Nhiệt độ lý tưởng: cây rau muống phát triển tốt ở nhiệt độ khoảng 18°C đến 30°C. Đây là phạm vi nhiệt độ mà cây có tốc độ sinh trưởng và sự phát triển lá tốt nhất. • Nhiệt độ cao: nếu nhiệt độ vượt quá 35°C, cây rau muống có thể bị tổn thương và gặp khó khăn trong quá trình quang hợp.
Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, cây có thể chết. Điều quan trọng là duy trì nhiệt độ ổn định và tránh biến đổi nhiệt độ quá đột ngột. Đối với việc trồng rau muống trong nhà kính hoặc hộp chứa, có thể điều chỉnh nhiệt độ môi trường để tạo điều kiện lý tưởng cho cây. Yếu tố độ ẩm Cây rau muống thích hợp với môi trường có độ ẩm cao.
Dưới đây là thông tin về yếu tố độ ẩm cho cây rau muống: • Độ ẩm không khí: rau muống cần môi trường có độ ẩm tương đối cao. Độ ẩm 5 tương đối từ 70% đến 80% là lý tưởng cho sự phát triển tốt của cây [1]. Độ ẩm không khí quá thấp có thể làm cây khô mốc và gây mất nước cho cây. • Độ ẩm đất: cây rau muống cần đất ẩm để phát triển.
Đảm bảo đất xung quanh cây luôn ẩm nhưng không quá ngập nước. Đất quá khô có thể làm cây khó khăn trong việc hấp thụ nước và chất dinh dưỡng. Quan trọng nhất, hãy quan sát và theo dõi rau muống thường xuyên để phát hiện sớm bất kỳ dấu hiệu nào của khô hạn hoặc quá ẩm. Điều chỉnh chế độ tưới nước và quản lý độ ẩm môi trường là cách tốt nhất để đảm bảo sự phát triển và sinh trưởng tốt của cây rau muống.