Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Nông Nghiệp Kết Hợp Công Nghệ IoT và MR

• Tác giả: Đinh Thanh Tùng
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Thế Thiện
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hệ Thống Nhúng và IoT
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Nông Nghiệp Ứng Dụng IoT và Công Nghệ MR
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
• 2.1. Tổng quan về hệ thống quản lý nông nghiệp kết hợp công nghệ MR
• 2.2. Công nghệ Mixed Reality
• 2.3. Công nghệ Digital Twin
• 2.4. Tổng quan về SRPs
• 2.5. Mixed Reality Toolkit
• 2.6. Tổng quan về Vuforia Engine
• 2.7. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.8. Chuẩn giao tiếp RS485 và giao thức RS485 Modbus RTU
• 2.9. Giao thức truyền thông MQTT
• 2.10. Giao thức HTTP và kiến trúc REST API
• 2.10.1. Giao thức HTTP
• 2.10.2. Kiến trúc REST API
• 2.11. Sóng Lora và mạng LoraWan
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
• 3.1. Yêu cầu và đặc tính của hệ thống
• 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống
• 3.1.2. Đặc tả hệ thống
• 3.1.3. Đặc tính kỹ thuật
• 3.2. Phần mềm sử dụng
• 3.3. Danh sách các chức năng
• 3.4. Một số phần cứng được sử dụng
• 3.4.1. Máy tính nhúng Raspberry Pi 4
• 3.4.2. Bộ Kit Gateway Pi HAT RAK5146
• 3.4.3. Module điều khiển RAK3172
• 3.4.4. IC sạc năng lượng mặt trời CN3791
• 3.4.5. IC hạ áp TPS62840
• 3.4.6. Vi điều khiển CH32V003
• 3.4.7. Cảm biến CO2 SCD40
• 3.4.8. Cảm biến ánh sáng BH1750
• 3.4.9. IC MAX3485EESA+T
• 3.5. Xây dựng máy chủ và trạm trung gian
• 3.5.1. Xây dựng máy chủ
• 3.5.2. Xây dựng trạm trung gian
• 3.6. Quá trình phát triển cảm biến
• 3.6.1. Thiết kế phần cứng cảm biến
• 3.6.2. Xây dựng mã nguồn cho cảm biến
• 3.7. Quá trình phát triển trạm thu thập dữ liệu
• 3.7.1. Thiết kế phần cứng trạm thu thập dữ liệu
• 3.7.2. Xây dựng mã nguồn cho trạm thu thập dữ liệu và trạm điều khiển
• 3.8. Thiết lập môi trường phát triển ứng dụng MR
• 3.8.1. Thiết lập trong Player Settings
• 3.8.2. Thiết lập về XR Plugin Management
• 3.8.3. Thiết lập MRTK hoạt động trên điện thoại thông minh
• 3.9. Phát triển ứng dụng MR
• 3.9.1. Tiến hành vẽ và tối ưu hoá mô hình 3D
• 3.9.2. Thiết kế hoạt ảnh lắp ráp trong Blender
• 3.9.3. Thiết kế shader cho material
• 3.9.4. Phát triển chức năng thêm và xoá vị trí của trạm
• 3.9.5. Triển khai thuật toán tìm kiếm trạm gần nhất trong phạm vi
• 3.9.6. Phát triển chức năng hiển thị dữ liệu
• 3.9.7. Thiết kế điều khiển thiết bị
• 3.9.8. Triển khai Singleton quản lý mã nguồn
• 3.9.9. Thiết kế giao diện quản lý
• 3.9.10. Thiết kế chức năng hiển thị hướng dẫn
• 3.10. Kết quả triển khai hạ tầng IoT
• 3.10.1. Kết quả xây dựng máy chủ đám mây và trạm trung gian
• 3.10.2. Kết quả phát triển cảm biến RS485 Modbus RTU
• 3.10.3. Kết quả phát triển trạm thu thập dữ liệu
• 3.10.4. Kết quả triển khai trạm điều khiển
• 3.11. Đánh giá ứng dụng MR
• 3.12. Kết quả kiểm tra trên các thiết bị
• 3.13. Kết quả triển khai hệ thống vào thực tế
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển
• 5.3. Quan điểm của nhóm về tiềm năng của MR
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Nông Nghiệp Ứng Dụng IoT

Trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại, việc ứng dụng công nghệ IoT và MR (Mixed Reality) vào quản lý nông nghiệp đang trở thành xu hướng tất yếu. Hệ thống IoT trong nông nghiệp không chỉ giúp giám sát môi trường mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc xây dựng một hệ thống quản lý nông nghiệp ứng dụng IoT và công nghệ MR sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người nông dân, từ việc giảm thiểu chi phí đến nâng cao năng suất lao động.

1.1. Khái Niệm Về Hệ Thống IoT Trong Nông Nghiệp

Hệ thống IoT trong nông nghiệp bao gồm các cảm biến và thiết bị kết nối Internet, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu về môi trường. Các cảm biến này có thể đo lường độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng và nồng độ CO2, từ đó giúp người nông dân đưa ra quyết định chính xác hơn.

1.2. Lợi Ích Của Công Nghệ MR Trong Quản Lý Nông Nghiệp

Công nghệ MR giúp người dùng có thể tương tác với dữ liệu môi trường một cách trực quan. Bằng cách sử dụng kính MR, người nông dân có thể xem thông tin về cây trồng và điều kiện môi trường ngay trên hình ảnh thực tế, từ đó nâng cao hiệu quả giám sát và quản lý.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Quản Lý Nông Nghiệp Hiện Nay

Mặc dù công nghệ IoT và MR mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai chúng trong nông nghiệp cũng gặp phải không ít thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư, độ tin cậy của thiết bị và khả năng kết nối Internet tại các vùng nông thôn vẫn còn là những rào cản lớn.

2.1. Chi Phí Đầu Tư Cao

Việc đầu tư vào các thiết bị IoT và công nghệ MR đòi hỏi một khoản chi phí không nhỏ. Điều này có thể khiến nhiều nông dân e ngại khi quyết định áp dụng công nghệ mới vào sản xuất.

2.2. Độ Tin Cậy Của Thiết Bị

Các thiết bị IoT cần phải hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Độ bền và khả năng chống chịu của thiết bị là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả của hệ thống.

III. Phương Pháp Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Nông Nghiệp Ứng Dụng IoT

Để xây dựng một hệ thống quản lý nông nghiệp hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và phát triển công nghệ hiện đại. Việc kết hợp giữa IoT và MR sẽ tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc giám sát và điều khiển từ xa.

3.1. Thiết Kế Hệ Thống IoT

Hệ thống IoT cần được thiết kế với các cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng. Các cảm biến này sẽ được kết nối với một máy chủ đám mây để lưu trữ và phân tích dữ liệu.

3.2. Phát Triển Ứng Dụng MR

Ứng dụng MR sẽ cung cấp giao diện trực quan cho người dùng, cho phép họ theo dõi và điều khiển các thiết bị nông nghiệp một cách dễ dàng. Việc tích hợp Digital Twin sẽ giúp người dùng hiểu rõ hơn về hệ thống mà họ đang sử dụng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Quản Lý Nông Nghiệp

Hệ thống quản lý nông nghiệp ứng dụng IoT và MR đã được triển khai tại nhiều vùng nông thôn, mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc giám sát và điều khiển các thiết bị nông nghiệp. Các nghiên cứu cho thấy năng suất cây trồng đã tăng lên đáng kể nhờ vào việc áp dụng công nghệ này.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Các Trang Trại

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hệ thống IoT giúp giảm thiểu chi phí tưới tiêu và bón phân, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

4.2. Tính Khả Thi Của Công Nghệ MR

Công nghệ MR đã chứng minh tính khả thi trong việc hỗ trợ người nông dân trong việc giám sát và điều khiển thiết bị. Người dùng có thể dễ dàng tiếp cận và sử dụng công nghệ này mà không cần nhiều kiến thức chuyên môn.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Hệ Thống Quản Lý Nông Nghiệp

Tương lai của hệ thống quản lý nông nghiệp ứng dụng IoT và MR hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội mới cho ngành nông nghiệp. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí đầu tư.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ IoT và MR có tiềm năng lớn trong việc cải thiện quy trình sản xuất nông nghiệp. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nông dân nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

5.2. Hướng Đi Tương Lai

Trong tương lai, việc kết hợp giữa IoT và MR sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành nông nghiệp. Các giải pháp công nghệ sẽ ngày càng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.