TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU
Ngày nay, công nghệ nông nghiệp đang phát triển mạnh mẽ, với khả năng tự động hóa và điều khiển máy móc để giảm thiểu sức lao động Trong khi các quốc gia phát triển đã triển khai hệ thống tự động hóa nông nghiệp hiệu quả, các quốc gia đang phát triển vẫn còn hạn chế trong việc áp dụng công nghệ Do đó, việc cải tiến thiết bị giám sát và điều khiển từ xa qua máy tính hoặc điện thoại không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp trong bối cảnh hội nhập toàn cầu.
Nhóm em đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát mô hình trồng cây và nuôi cá” nhằm khắc phục hạn chế của các đề tài khu vườn IoT trước đây, vốn chỉ thực hiện ở quy mô nhỏ và chưa tích hợp giữa trồng cây và nuôi cá Mô hình mới của nhóm có quy mô lớn hơn, sử dụng thiết bị chuyên dụng cho cây cảnh như hoa lan và cá cảnh như cá bảy màu, cá bình tích Hệ thống này bao gồm các cảm biến giám sát các thông số cần thiết cho cây trồng và hồ cá, cho phép điều khiển động cơ thực hiện các công việc tự động mà không cần sự can thiệp của con người khi đạt đến điều kiện thích hợp.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát mô hình trồng cây và nuôi cá” với mục tiêu phát triển một hệ thống tích hợp các chức năng điều khiển và giám sát hiệu quả cho mô hình trồng cây và nuôi cá.
Hệ thống giám sát có khả năng theo dõi các thông số quan trọng như nhiệt độ và độ ẩm không khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng và nhiệt độ nước trong khu vườn tại nhà.
Hệ thống tự động hoạt động bằng cách bơm nước từ hồ cá để tưới cây khi nhiệt độ cao và độ ẩm thấp Vào ban đêm, khi cường độ ánh sáng giảm, đèn sẽ tự động bật để chiếu sáng khu vườn.
- Hệ thống có thể hiển thị các thông số cần thiết ra màn hình để người dùng dễ quan sát trực tiếp
- Đồng thời hệ thống cũng có thể hiển thị các thông số lên web hoặc ứng dụng để người dùng theo dõi được từ xa.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Hệ thống giám sát hiện đại theo dõi các thông số quan trọng như nhiệt độ và độ ẩm trong nước, nhiệt độ nước, độ ẩm đất, cũng như cường độ ánh sáng Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng điều khiển bơm nước, đèn chiếu sáng và hệ thống làm ấm nước khi nhiệt độ nước giảm xuống dưới mức an toàn.
Trong thiết kế website, người dùng có thể dễ dàng tạo tài khoản và đăng nhập bằng email cùng mật khẩu được lưu trữ trên Google Firebase Trang quản lý cho phép giám sát các thông số quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm trong nước, nhiệt độ nước, độ ẩm đất và cường độ ánh sáng từ xa Bên cạnh đó, người dùng còn có khả năng điều khiển bơm nước, đèn và hệ thống sưởi ấm từ xa một cách tiện lợi.
- Nhóm chỉ thi công mô hình vườn cây tương đối với chiều cao khoảng 1 mét, rộng khoảng 0.5 mét Mô hình hồ cá nhỏ khoảng dài và rộng khoảng 0.4 mét.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Cảm biến dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm của không khí, nhiệt độ của nước, độ ẩm của đất và cường độ ánh sáng
- Động cơ bơm nước, đèn 220V, cây sưởi 220V
Mô hình vườn cây tích hợp hồ cá là một giải pháp hiệu quả, với khả năng đo lường nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, nhiệt độ nước và thông số ánh sáng Những tính năng này giúp tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng và sức khỏe của cá, tạo ra một hệ sinh thái bền vững và hài hòa.
Điều khiển động cơ bơm nước tự động khi nhiệt độ vượt 35°C hoặc độ ẩm đất giảm xuống dưới 60% Hệ thống sẽ kích hoạt động cơ làm ấm nước khi nhiệt độ nước dưới 22°C Ngoài ra, đèn sẽ được bật khi trời nhiều mây và cường độ ánh sáng giảm xuống dưới 50 lux.
- Nghiên cứu việc truyền và nhận cơ sở dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng
- Tìm hiểu và xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển thông qua website và
BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Bố cục của đồ án được trình bày gồm 5 phần như sau:
Bài viết này sẽ giới thiệu tổng quan về đề tài nghiên cứu, bao gồm mục tiêu, giới hạn và các phương pháp nghiên cứu được áp dụng Đối tượng và phạm vi nghiên cứu cũng sẽ được làm rõ, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về vấn đề Cuối cùng, chúng tôi sẽ trình bày bố cục của quyển báo cáo để người đọc dễ dàng theo dõi nội dung.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ỨNG DỤNG IOT HIỆN NAY
Internet vạn vật (IoT) là một ứng dụng nổi bật được giới thiệu từ năm 1999, với tiềm năng kết nối nhiều thiết bị điện tử để theo dõi và điều khiển từ xa qua mạng máy tính Các thiết bị như đèn thông minh và khoá cửa thông minh có thể được điều khiển dễ dàng thông qua điện thoại hoặc máy tính.
Hình 2.1 Ứng dụng của IOT trong cuộc sống hiện nay [2]
Xu hướng phát triển của IoT đã thúc đẩy các chuyên gia trong lĩnh vực khoa học công nghệ tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống Những lĩnh vực đang được phát triển mạnh mẽ bao gồm:
Nhà thông minh (Smart Home) sử dụng nhiều thiết bị điện tử để giám sát và tự động hóa các công việc trong ngôi nhà, như điều chỉnh điều hòa, tắt mở thiết bị từ xa và điều khiển rèm cửa tự động Các thiết bị này có thể được điều khiển bởi con người hoặc hoạt động tự động thông qua các thiết bị khác hoặc trợ lý ảo.
Thiết bị đeo thông minh hỗ trợ Internet of Things (IoT) là các phụ kiện có thể đeo, được tích hợp trong quần áo, hàng may mặc, hoặc cấy vào cơ thể, thậm chí có thể xăm lên da Những thiết bị này thường được trang bị cảm biến để đo lường các chỉ số như khoảng cách chạy bộ và số bước chân, mang lại tiện ích và thông tin hữu ích cho người sử dụng.
Thành phố thông minh là nơi áp dụng công nghệ tiên tiến nhằm nâng cao các dịch vụ xã hội, từ đó cải thiện chất lượng cuộc sống và phúc lợi của cư dân Các thiết bị cảm biến được sử dụng để theo dõi môi trường sống, cùng với camera thông minh giúp giám sát mật độ giao thông trong thành phố.
Nông trại thông minh (smart farming) là việc áp dụng công nghệ hiện đại để giám sát và chăm sóc cây trồng, nhằm tối ưu hóa sản lượng nông sản Phương pháp này thay thế các kỹ thuật canh tác truyền thống, giúp tăng năng suất cây trồng, kiểm soát dịch bệnh hiệu quả và cải thiện khả năng tưới tiêu.
Hệ thống chăm sóc sức khỏe hiện đại đã tích hợp công nghệ theo dõi sức khỏe từ xa vào bệnh viện, giúp giảm thiểu việc di chuyển xa để khám bệnh Ngoài ra, công nghệ này còn cho phép giám sát hiệu quả các thiết bị y tế như máy bơm oxy, xe lăn và thiết bị đo đường huyết, nâng cao chất lượng chăm sóc cho bệnh nhân.
Lưới điện thông minh (Smart Grid) là hệ thống mạng lưới điện kết nối các hộ tiêu thụ và nhà cung cấp điện, cho phép phản ứng linh hoạt nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong cung cấp dịch vụ điện Smart Grid có khả năng tự động khôi phục nguồn cung điện và phát hiện lỗi trên đường dây, đồng thời tối ưu hóa việc phân phối điện năng và vận hành hệ thống.
Xe tự hành được trang bị các cảm biến như GPS, radar, laser và camera để nhận diện và xử lý tình huống trên đường mà không cần sự can thiệp của con người Hệ thống này tự động kiểm tra tình trạng xe và thông báo cho người sử dụng, từ đó nâng cao tính an toàn, độ chính xác và hiệu suất sử dụng.
Nhà máy thông minh là một cơ sở sản xuất và hệ thống hậu cần hoạt động hoàn toàn tự động, không cần sự can thiệp của con người Các cảm biến và máy móc trong dây chuyền sản xuất có khả năng tự động phân tích và điều khiển các động cơ, giúp robot thông minh hoạt động hiệu quả và liên tục trong quá trình sản xuất.
GIAO TIẾP KẾT NỐI VỚI WIFI
WIFI là một mạng kết nối không dây sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải dữ liệu mà không cần dây dẫn Các kỹ sư viễn thông đã nghiên cứu sóng vô tuyến qua các ví dụ như sóng radio và truyền hình Hiện nay, hầu hết các thiết bị đều có khả năng kết nối với sóng WIFI, nhưng sóng này chỉ hoạt động trong một phạm vi giới hạn.
Hình 2.2 Mạng kết nối WIFI [8]
So với các thiết bị điện tử cầm tay và sóng radio hiện nay, WIFI hoạt động ở tần số cao hơn nhiều, từ 2.4 GHz đến 5 GHz Điều này cho phép WIFI có băng tần rộng hơn, hỗ trợ việc truyền tải dữ liệu hiệu quả hơn.
Nguyên tắc hoạt động của mạng là thông qua một bộ phát chính, thường là các modem, để kết nối Internet từ các nhà mạng như CMC, VNPT Tín hiệu này được chuyển đến các thiết bị đầu cuối trong nhà như laptop và máy tính bảng Quá trình này có thể được đảo ngược hoàn toàn.
Hầu hết các mạng vô tuyến đều có các chuẩn riêng biệt, trong đó WIFI theo tiêu chuẩn IEEE 802.11n hoạt động ở tần số 2.4 GHz, cho phép xử lý dữ liệu đạt 54 megabit/giây và có phạm vi hoạt động lên đến 25m.
- WIFI có nhiều ưu điểm giống Ethernet nhưng được cái là không dây nên gần như là một giải pháp thay thế mang tính di động cao
- Tốc độ cao thích hợp truyền dữ liệu lớn như audio, video trực tuyến với băng thông lớn
- Khoảng cách truyền ở mức độ tương đối, có thể lắp đặt thêm các repeater để truyền đi xa hơn
Kết nối WIFI thường yêu cầu cài đặt tên người dùng và mật khẩu để nâng cao tính bảo mật Điều này làm cho quá trình thiết lập trở nên phức tạp, đặc biệt khi cần thay đổi tên người dùng hoặc mật khẩu và cập nhật cho nhiều thiết bị cùng lúc.
Cả Ethernet và WIFI đều tiêu thụ nhiều năng lượng, khiến việc sử dụng pin cho thiết bị hoạt động liên tục 24/24 trở nên không khả thi Tuy nhiên, nếu thiết bị chỉ cần gửi dữ liệu định kỳ mỗi 5-10 phút và phần lớn thời gian còn lại ở chế độ ngủ, nó có thể hoạt động trong vài tuần hoặc thậm chí vài tháng, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Vì vậy, khi lựa chọn WIFI cho việc truyền nhận dữ liệu, cần đảm bảo thiết bị có nguồn điện ổn định hoặc được sạc lại sau một khoảng thời gian ngắn.
Nhiều tổ chức hiện nay yêu cầu người dùng không chỉ nhập username và password để kết nối WIFI, mà còn phải thực hiện thêm một bước đăng nhập qua giao diện web, giống như quy trình tại các sân bay đông đúc.
- Mặc dù, WIFI được mã hóa nhưng vẫn không an toàn tuyệt đối và đã có nhiều báo cáo về khả năng WIFI bị bẻ khóa.
GOOGLE FIREBASE
Google Firebase là nền tảng lưu trữ dữ liệu và đồng bộ hóa dữ liệu với đám mây Với khả năng đồng bộ thời gian thực, Firebase cho phép dữ liệu được chia sẻ và cập nhật trên mọi thiết bị và giữa các người dùng khi họ kết nối với nhau.
Hình 2.3 Logo của Google Firebase [9]
Firebase của Google hỗ trợ đa nền tảng như Apple, Android và JavaScript, rất phù hợp cho việc phát triển phần mềm trên nhiều thiết bị khác nhau Nền tảng này cung cấp hệ thống máy chủ và cơ sở dữ liệu mạnh mẽ với công nghệ NoSQL, giúp quản lý và tối ưu hóa hiệu suất cho việc sử dụng dữ liệu.
Các giải pháp chính [9] của Google Firebase cung cấp bao gồm:
Cơ sở dữ liệu thời gian thực cho phép đồng bộ hóa ngay lập tức khi có sự thay đổi dữ liệu Tất cả các thiết bị kết nối sẽ nhận được cập nhật trong vòng vài mili giây, mang lại trải nghiệm gần như không có độ trễ.
Các ứng dụng Firebase vẫn hoạt động hiệu quả ngay cả khi ngoại tuyến, nhờ vào việc duy trì cơ sở dữ liệu thời gian thực trên bộ nhớ Điều này có nghĩa là các thông số đã thiết lập trước đó sẽ vẫn được giữ lại, ngay cả khi kết nối mạng bị mất.
Khi thiết bị kết nối lại với mạng, dữ liệu sẽ ngay lập tức được đồng bộ với máy chủ trước đó, đảm bảo không bỏ sót bất kỳ sự thay đổi nào.
Firebase cho phép người dùng đăng nhập từ nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm cả di động và máy tính, giúp dễ dàng theo dõi dữ liệu thông qua trình duyệt web.
Người dùng có thể chia nhỏ dữ liệu trên nhiều phiên bản cơ sở dữ liệu trong cùng một dự án Firebase, giúp quản lý hiệu quả hơn Đồng thời, họ cũng có khả năng kiểm soát quyền truy cập của các thiết bị khác cho từng cơ sở dữ liệu Quy tắc cơ sở dữ liệu thời gian thực của Firebase cho phép tùy chỉnh quyền truy cập, đảm bảo an toàn và bảo mật cho dữ liệu của người dùng.
SƠ LƯỢC VỀ ESP32
ESP là hệ thống tích hợp chip do công ty Trung Quốc Espressif Systems cung cấp, nổi bật với kích thước nhỏ gọn và nhiều tính năng như dò tìm điểm kết nối WIFI Dù số lượng chân kết nối không nhiều, ESP vẫn có tốc độ xử lý cao, tiêu thụ điện năng thấp và giá thành từ 2 - 9$, khiến nó trở thành giải pháp tối ưu cho ứng dụng IoT Sự phát triển của các dòng ESP mạnh mẽ hơn như ESP32, với khả năng tích hợp Wifi và Bluetooth, mang lại tốc độ truyền dữ liệu tốt hơn và nhiều tính năng tích hợp trên mạch Được thiết kế bởi TSMC với công nghệ 40nm, ESP32 hoạt động với công suất thấp, tối ưu hóa hiệu suất và bền bỉ trong nhiều điều kiện khác nhau, phù hợp cho nhiều ứng dụng IoT, bao gồm cả camera tích hợp.
10 trực tuyến, nhận dạng giọng nói, nhà thông minh, ứng dụng chăm sóc sức khỏe, thiết bị điện tử đeo tay, vườn thông minh.
ESP32 có khả năng hoạt động độc lập hoặc như một thiết bị phụ cho MCU chủ Nó kết nối với các hệ thống khác để cung cấp chức năng Wifi và Bluetooth thông qua các giao diện SPI/SDIO hoặc I2C/UART.
ESP32 là một board mạch tích hợp cả WiFi và Bluetooth, cho phép điều khiển thiết bị và nhận tín hiệu từ linh kiện khác một cách hiệu quả Board này hỗ trợ kết nối nhanh chóng với nhiều thiết bị ngoại vi và đã được tối ưu hóa để người dùng không cần lo lắng về hiệu suất kết nối RF hay thiết kế ăng-ten Chỉ cần cắm cáp USB, người dùng có thể dễ dàng bắt đầu thiết kế và sử dụng ESP32.
Bản ESP32-DevKitC được trang bị nhiều tính năng từ nhà phát triển, bao gồm các mạch hỗ trợ cho các thiết kế ESP như ESP32-WROOM, ESP32-WROVER và ESP32-SOLO Linh kiện tích hợp sẵn nút reset và nút boot, cùng với đầu cắm micro-USB, giúp người dùng dễ dàng thao tác Tất cả các GPIO quan trọng đều có sẵn, và chip tiêu thụ điện năng cực kỳ thấp, làm cho ESP32 trở thành lựa chọn lý tưởng cho các dự án IoT thông minh.
Một bo ESP32 có 30 chân cho việc giao tiếp ngoại vi Sơ đồ chân của ESP32 được thể hiện qua hình:
Hình 2.4 Sơ đồ chân của ESP32 [11]
ESP32 được trang bị 15 chân ADC, 2 chân UART, 25 ngõ ra PWM, 2 chân DAC, 9 chân cho cảm biến điện dung, 3 chân SPI và 1 chân I2C, trong đó có 4 chân nguồn Chân Vin dùng để nhận nguồn vào cho module, cùng với 2 chân nối đất (GND) và chân 3.3V để cung cấp nguồn ra mặc định 3.3V.
ESP32 sở hữu 25 chân GPIO đa năng, cho phép lập trình viên sử dụng chúng cho nhiều mục đích khác nhau Các chân này có khả năng kéo mức cao, mức thấp và chịu được trở kháng cao Một chân GPIO có thể hoạt động như ngõ vào ADC, ngõ ra DAC, hoặc kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi như cảm biến và động cơ để thực hiện các tác vụ điều khiển Vị trí các chân GPIO được thể hiện rõ trong hình.
Hình 2.5 Chân GPIO của ESP32 [11]
Mặc dù có 25 chân GPIO, nhưng chỉ có 21 chân có thể lập trình để xuất giá trị ngõ ra, vì chân GPIO 34 đến GPIO 36 chỉ có thể được sử dụng để đọc giá trị tín hiệu vào như giá trị tương tự hoặc số Hai chân VP và VN được trang bị bộ giảm nhiễu trước khi tín hiệu được khuếch đại cho ADC.
Thiết bị này được trang bị 12 chân ADC đầu vào, đồng thời cũng là các chân GPIO, cho phép chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số tương ứng Hình ảnh dưới đây minh họa rõ ràng vị trí của các chân ADC.
Hình 2.6 Chân ADC của ESP32 [11]
Chân ADC của ESP32 có tín hiệu 12 bit, cho phép xác định 4096 mức điện áp từ 0 đến 3.3V Mỗi mức giá trị từ 0 đến 4095 tương ứng với điện áp 0.08 mV, tức là tỉ lệ 3.3V/4096.
ESP32 chỉ hỗ trợ một chân giao tiếp I2C, với chân SDA và SCL tương ứng là GPIO21 và GPIO22 theo sơ đồ chân của ESP.
Hình 2.7 Chân giao tiếp I2C của ESP32 [11]
Chân I2C trên ESP32 được sử dụng để giao tiếp với nhiều loại cảm biến và thiết bị ngoại vi khác Ngoài giao thức I2C, ESP32 còn hỗ trợ các chuẩn giao tiếp khác như SPI và UART, mang lại sự linh hoạt trong việc kết nối.
ESP32 hỗ trợ 3 chân SPI (SPI, HSPI và VSPI) và có hai chân UART với tốc độ truyền lên tới 5Mbps, bao gồm GPIO1, GPIO3, GPIO17 và GPIO16 Ngoài ra, ESP32 còn có 25 chân PWM, được điều khiển bởi bộ điều khiển điều chế biên độ rộng xung, phục vụ cho việc điều khiển động cơ và đèn LED.
MODULE RELAY
Rơ-le là một linh kiện điện tử thụ động, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế Chức năng chính của rơ-le là hoạt động như một công tắc, cho phép điều khiển các thiết bị sử dụng nguồn điện và công suất cao Rơ-le có hai chức năng chính là mở và ngắt, giúp kiểm soát hiệu quả các mạch điện.
Có hai loại rơ-le: rơ-le kích ở mức cao và rơ-le kích ở mức thấp Rơ-le hoạt động dựa trên nguyên lý kích điện, khác với công tắc cơ học thông thường Mỗi loại rơ-le yêu cầu một điện áp kích hoạt khác nhau để điều khiển thiết bị tương ứng.
Hình 2.8 Rơ-le kích mức 5V [12]
Module rơ-le với opto cách ly riêng cung cấp độ an toàn cao hơn trong quá trình sử dụng Với thiết kế nhỏ gọn, module cho phép điều khiển các thiết bị có nguồn điện và công suất lớn thông qua chân IN, hay còn gọi là jumper Sản phẩm này phù hợp cho cả điện một chiều (DC) và điện xoay chiều (AC), thuộc loại nhóm module đóng ở mức cao Thông số kỹ thuật của module relay được trình bày chi tiết như sau [12].
- Nguồn cấp đầu vào: 5 VDC
- Mỗi rơ-le có dòng tiêu thụ khoảng 80mA
- Giới hạn áp và dòng tối đa 250VAC ~ 10A hoặc 30VDC ~ 10A
- Có 2 đèn thông báo trạng thái đóng và ngắt của mỗi rơ-le
- Do có hai loại kích mức cao và thấp để người dùng có thể tuỳ chọn.
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20
Cảm biến DS18B20 của hãng MAXIM là một thiết bị số lý tưởng cho việc đo nhiệt độ một cách dễ dàng Người dùng có thể lựa chọn giữa nhiều phiên bản khác nhau, bao gồm cả phiên bản IC và phiên bản dây mềm Phiên bản kim loại thông thường có thể gặp khó khăn khi sử dụng trong môi trường ẩm ướt, điều này cần được lưu ý khi lựa chọn cảm biến phù hợp.
Hình 2.9 Cảm biến DS18B20 dạng IC thông thường [13]
Hình 2.10 DS18B20 phiên bản dây mềm [14]
Bản dây mềm được tạo thành từ một sợi dây cáp bọc PVC, giúp dễ dàng giao tiếp với cảm biến một dây Cảm biến này có khả năng đo nhiệt độ môi trường thông qua đầu dò kim loại và nhờ vào thiết kế số, tín hiệu không bị suy hao từ đường dây tải.
Dựa theo bảng dữ liệu datasheet của [18] Ta có thể sơ đồ cấu tạo chân của cảm biến DS18B20 gồm 3 chân như sau
Hình 2.11 Sơ đồ chân cảm biến DS18B20 [15]
Theo hình chân 1, 2 và 3, chân GND và VDD được kết nối để cung cấp nguồn cho cảm biến hoạt động, trong khi chân giữa, chân số 2 ký hiệu DQ là chân dữ liệu để kết nối với vi xử lý nhằm nhận dữ liệu Ngoài ra, các thông số của cảm biến cũng cần được lưu ý.
- Chuẩn giao tiếp 1 dây, cảm biến chỉ cần 1 dây để kết nối và nhận dữ liệu
- Nguồn cần cấp từ 3 VDC đến 5.5 VDC
- Dải đo nhiệt độ: -55 ℃ - 125 ℃ ( -67 ℉ cho đến - 257 ℉)
- Sai số: ±0.5 ℃ khi đo ở khoảng -10 ℃ đến -85 ℃
- Độ phân giải của 9 – 12 bits
- Có thể cấp nguồn chung cho chân data, còn gọi là parasite power
- Parasite power, chỉ cần quan tâm hai chân DQ và GND Để đo được nhiệt độ, cần nối một điện trở 4.7k Ω nối chung chân VCC với chân DQ
- Thời gian trễ tối đa có thể thay đổi nhiệt độ: 750ms (ở 12 bit)
IC cùng loại với các mã khác nhau có thể kết nối trên cùng một dây Đối với phiên bản dây mềm, đầu dò được làm từ ống thép không gỉ với đường kính 6mm và chiều dài 50mm Dây nhựa PVC đi kèm có chiều dài lên tới 1m, mang lại sự tiện lợi cho việc đo đạc.
CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BH1750
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 là thiết bị đo cường độ ánh sáng với độ chính xác cao, sử dụng ADC nội để cung cấp giá trị ánh sáng theo đơn vị lux Thiết bị này tích hợp các bộ xử lý, cho phép xuất dữ liệu trực tiếp thông qua giao thức I2C, giúp dễ dàng kết nối và sử dụng trong các ứng dụng.
Hình 2.12 Cảm biến ánh sáng BH1750 [16]
Người sử dụng có thể lập trình để đọc giá trị trực tiếp mà không cần thông qua việc tính toán
- Nguồn cấp đầu vào: 3 – 5 VDC
Độ rọi của ánh sáng có sự biến đổi đáng kể tùy thuộc vào điều kiện thời tiết Trong những ngày nhiều mây, cường độ ánh sáng ngoài trời dao động từ 50 đến 500 lux Ngược lại, khi trời nắng nhưng ở trong nhà, độ rọi có thể đạt từ 100 đến 1000 lux Trong điều kiện tối, độ rọi ánh sáng chỉ khoảng 0.02 lux, tuy nhiên, mức tối thiểu được xác định là 1 lux, tương ứng với cảm giác ánh sáng trong môi trường tối.
CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT
Cảm biến độ ẩm đất sử dụng đầu dò để xác định độ ẩm đất, cho ra kết quả dưới dạng giá trị số Thiết bị này thường được ứng dụng trong các hệ thống vườn thông minh, giúp thu thập tín hiệu để xác định tình trạng độ ẩm của đất, từ đó phân loại đất thành đất ẩm hoặc đất khô Thông tin này rất quan trọng để điều khiển động cơ tưới nước, đảm bảo cây trồng nhận được lượng nước phù hợp.
Hình 2.13 Cảm biến độ ẩm đất [17]
Cảm biến hoạt động đơn giản với đầu dò hình nĩa và hai dây dẫn kết nối với mạch tích hợp IC LM393, hoạt động như biến trở theo hàm lượng nước trong đất Giá trị điện trở tỷ lệ nghịch với độ ẩm, nghĩa là độ ẩm cao làm giảm điện trở, trong khi độ ẩm thấp làm tăng điện trở Cảm biến cung cấp điện áp đầu ra tương ứng với điện trở, giúp người sử dụng xác định mức độ ẩm trong đất.
Các loại đất khác nhau có thể ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến khi đo đạc, vì vậy người sử dụng cần tự hiệu chuẩn phạm vi thông số đo đạc của cảm biến để xác định trạng thái của đất một cách chính xác.
- < 500: đất lúc này quá ẩm ướt, với độ ẩm cao
- Từ 500- 700: đất bình thường, độ ẩm cân bằng
- >750: đất khô, độ ẩm thấp cần phải tưới nước
- Điện áp hoạt động: 3.3 – 5 VDC
- Đầu ra D0 (đầu ra tín hiệu số) với hai mức cao hoặc mức thấp, có thể điều
19 chỉnh độ ẩm mong muốn bằng biến trở thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp
- Đầu ra A0 (đầu ra analog)
Để đọc giá trị trung bình của cảm biến độ ẩm đất, cần tạo một hàm với ngưỡng giá trị ADC từ 0 đến 1023, tương thích với tỷ lệ phần trăm từ 0 đến 100%.
- Đất khô: Giá trị ADC: 1023 => 100%
- Đất ẩm ướt: Giá trị ADC: 0 => 0%.
ĐỘNG CƠ BƠM NƯỚC 12V
Động cơ bơm nước 12V LC635 SUMIKITA là giải pháp lý tưởng cho nhiều ứng dụng, bao gồm phun sương tưới cây, rửa xe và làm mát không gian sống Sản phẩm đi kèm với đầu hút, dây phun sương, cút nối và bộ chuyển đổi nguồn 220V AC sang 12V DC, giúp người dùng dễ dàng lắp đặt và sử dụng.
Để tưới nước hiệu quả và thuận tiện, việc lựa chọn ống dẫn và béc phun nước là rất quan trọng Béc phun, hay còn gọi là đầu phun nước, có thể được lắp cố định trên ống phun để đảm bảo việc tưới tiêu diễn ra suôn sẻ.
Máy bơm hoạt động khi được cấp nguồn điện áp 12VDC, sau đó đầu hút được đặt vào bể nước Động cơ sẽ bơm nước qua ống dẫn, và khi nước đi qua các béc, nó sẽ được phun ra ngoài.
Hình 2.15 Hoạt động của động cơ bơm nước [18]
- Điện áp ngõ vào: 12VDC
- Lưu lượng nước: 3.5 lít/ phút
CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM DHT11
Cảm biến DHT11 rất phổ biến trong việc đo nhiệt độ và độ ẩm nhờ chi phí thấp Nó phát hiện hơi nước qua việc đo điện trở giữa hai điện cực, với độ ẩm cao làm giảm điện trở và độ ẩm thấp làm tăng điện trở Ngoài ra, DHT11 còn tích hợp cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ Thiết bị này được sử dụng để theo dõi độ ẩm không khí trong quá trình trồng lan, với nhiệt độ cần giám sát từ 5 - 35 °C và độ ẩm từ 60 - 80% ở Việt Nam.
- Điện áp ngõ vào: 3 - 5VDC
- Khoảng độ ẩm: từ 20 đến 90 % Ở 100% không khí càng ẩm, ngược lại ở 0% thì không khí càng khô
- Khoảng nhiệt độ: 0 đến 50°C (sai số 2°C)
- Lấy mẫu với tần số 1 lần/ giây
LCD 20X4 KẾT HỢP MODULE I2C
Màn hình LCD là thiết bị hiển thị thông tin phổ biến và giá rẻ, có khả năng trình bày đa dạng ký tự bao gồm chữ, số và hình ảnh đồ họa.
LCD được kết nối vào mạch theo nhiều cách giao thức giao tiếp khác nhau Từ việc kết nối trực tiếp với vi điều khiển, cho đến giao tiếp I2C,
- Điện áp hoạt động: 5 VDC
- Hiển thị được 80 kí tự với toàn bộ màn hình
Việc sử dụng màn hình LCD thường gặp khó khăn do nhiều chân kết nối, vì vậy cần thiết bị hỗ trợ giao tiếp như module I2C để giảm số lượng kết nối với khối điều khiển trung tâm Module chuyển đổi giao tiếp I2C kết hợp với LCD sử dụng driver HD44780, tương thích với các loại màn hình LCD như LCD 1602, LCD 2004, và nhiều loại khác.
Hình 2.18 Module giao tiếp I2C với LCD [21]
- Điện áp ngõ vào: 2.5 - 6VDC
- Hỗ trợ màn hình: LCD 2004
- Tích hợp Jump cho việc cung cấp đèn nền cho LCD hoặc ngắt kết nối
- Điều chỉnh biến trở xoay để thay đổi độ tương phản màn hình.
ĐÈN TRỒNG CÂY GV-ZW0001 6W
Ánh sáng là yếu tố quan trọng hàng đầu trong quá trình quang hợp của cây trồng Việc sử dụng đèn chiếu sáng, đặc biệt là trong những điều kiện thời tiết không thuận lợi như trời âm u, là rất cần thiết để hỗ trợ quá trình này Đèn LED trồng cây GV-ZW0001, sản phẩm của công ty GivaSolar, được thiết kế chuyên biệt cho việc trồng cây, là lựa chọn lý tưởng cho người trồng cây.
Hình 2.19 Ảnh đèn trồng cây GV-ZW0001 6W [22]
Bóng đèn nhỏ gọn được thiết kế với vỏ nhôm cao cấp, giúp hạn chế tản nhiệt hiệu quả Đuôi bóng đèn tiêu chuẩn E27 dạng xoay, phù hợp với nhiều loại chuôi đèn hiện nay Bề mặt chiếu sáng bao gồm ba đèn LED siêu sáng, trong đó có hai bóng màu đỏ và một bóng màu xanh Ánh sáng đỏ có bước sóng từ 650 - 660nm, trong khi ánh sáng xanh có bước sóng từ 460 - 470nm.
- Điện áp ngõ vào: 85 - 265VAC
- Tuổi thọ lên tới 50.000 giờ
CÂY SƯỞI ẤM HỒ CÁ 300W SOBO HS-300
Mùa đông, sự chênh lệch nhiệt độ trong hồ cá có thể làm cho cá trở nên lười biếng và dễ mắc bệnh Khi trời lạnh, cá thường co cụm ở đáy hồ, nơi có nhiều mầm bệnh Sử dụng cây sưởi là một giải pháp hiệu quả để điều chỉnh các yếu tố môi trường trong hồ cá, giúp bảo vệ sức khỏe cho đàn cá.
Sản phẩm này rất hữu ích với khả năng điều chỉnh nhiệt độ phù hợp cho từng mùa Vào mùa hè, người dùng có thể giảm mức làm nóng hoặc rút phích cắm khi không cần thiết Chính nhờ tính đa dụng này, cây sưởi HS trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu của nhóm.
Hình 2.20 Cây suổi SOBO HS-300 [23]
HS-300 có công suất tối đa lên đến 300W, theo hướng dẫn sử dụng Do sản phẩm được làm từ thủy tinh, nên cần sử dụng nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trường nước, vì có thể xảy ra sự chênh lệch từ 1 đến 2 độ Phạm vi làm ấm của sản phẩm này rất hiệu quả.
Nhiệt độ lý tưởng cho cá là từ 20 đến 32 độ, tùy thuộc vào từng loại cá Khi sử dụng thiết bị sưởi, cần ngâm chìm trong nước để tránh tình trạng nổ do để trên cạn Sau khi sưởi, nên đợi ít nhất 10 đến 15 phút trước khi lấy thiết bị ra khỏi bể để tránh chênh lệch nhiệt độ đột ngột, điều này có thể gây nổ Thiết bị sưởi chỉ nên được sử dụng trong bể nhỏ có thể tích dưới 300 lít, với kích thước 34 x 8 x 4 cm.
LỌC THÁC SOBO WP-308H
Bộ lọc thác WP-308H của hãng SOBO được thiết kế đặc biệt cho hồ cá và hồ thủy sinh cỡ nhỏ và trung, với chức năng chính là lọc nước bẩn hiệu quả Nhờ vào dòng chảy từ lọc chảy xuống mặt hồ như thác nước, sản phẩm này không chỉ giúp làm sạch nước mà còn hòa tan một phần O2 và CO2, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của cá và cây thủy sinh.
Hình 2.21 Lọc thác SOBO WP-508H [24]
Thiết bị có kích thước nhỏ gọn và thiết kế treo cạnh bể, vừa thẩm mỹ vừa thuận tiện cho việc vệ sinh Nó bao gồm đầu hút kèm mút lọc cao cấp giúp ngưng tụ chất bẩn tại đầu lọc Chất bẩn được hút lên và chuyển vào bộ lọc, đi qua bốn lớp bông lọc, trước khi nước được đổ lại vào hồ theo dạng thác.
Hình 2.22 Ảnh thực tế lọc thác WP-508H
Với công suất 6.8 W và khả năng lọc lên tới 680 lít/giờ, thiết bị này rất phù hợp cho các bể cá nhỏ và vừa Điện áp cần thiết để máy lọc thác hoạt động hiệu quả là
220 đến 240V Lọc thác được sử dụng cho các bể cá với thể tích dưới 100 lít
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Hệ thống có các chức năng sau:
- Giám sát nhiệt độ, đổ ẩm, cường độ sáng khu vườn
- Giám sát được nhiệt độ nước của hồ cá
- Tự động bật và tắt động cơ tưới nước khi độ ẩm và nhiệt độ vượt ngưỡng
- Tự động bật và tắt đèn khi trời tối
- Tự động bật và tắt đèn khi nhiệt độ nước quá lạnh ở hồ cá
- Truy cập website xem các thông số qua tên miền
- Xây dựng giao diện website bao gồm:
● Trang đăng nhập: trang hiển thị các yêu cầu cần để truy cập vào hệ thống Người truy cập cần điền thông tin vào các mục tương ứng
● Trang đăng ký: trang tạo tài khoản nếu muốn đăng nhập hoặc mở rộng người dùng
● Trang quản lý: giao diện chính giúp hiển thị đầy đủ các thông số được cập nhật từ mô hình theo thời gian thực
● Các trang con: hiển thị biểu đồ từng thông số liên quan đến mô hình thi công
3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng
Nhằm xây dựng một hệ thống ổn định về phần cứng và dễ dàng tương tác với người dùng qua phần mềm, nhóm đã phát triển mô hình hoạt động tổng quát của hệ thống trước khi đề xuất các giải pháp cụ thể.
Hình 3.1 Mô hình hệ thống
Theo như hình 3.1, hệ thống sẽ có 7 khối chính:
- Khối điều khiển trung tâm: dùng cho việc thu thập dữ liệu và đưa dữ liệu cho việc điều khiển các khối còn lại
- Khối cảm biến: dùng cho việc thu thập dữ liệu từ bên ngoài môi trường và chuyển khối dữ liệu này đến bộ điều khiển trung tâm
Khối điều khiển thiết bị đảm nhận các nhiệm vụ quan trọng như bơm nước và điều khiển bật tắt đèn theo yêu cầu của hệ thống, đồng thời chờ nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm để thực hiện các chức năng cần thiết.
Khối điều khiển cho phép người dùng thực hiện việc điều chỉnh các thông số theo mong muốn một cách thủ công Ngoài ra, nó còn hỗ trợ điều khiển từ xa thông qua website, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt cho người sử dụng.
- Khối hiển thị: hiển thị các thông số quan trọng cho người dùng quan sát trên màn hình LCD và quan sát từ xa từ website
- Khối nguồn: cung cấp điện áp cho toàn hệ thống đảm bảo cung cấp nguồn ổn định cho hệ thống hoạt động tốt
3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Ngay khi hệ thống được cấp nguồn thì hệ thống sẽ thực hiện các hoạt động theo các bước sau:
- Bước 1: Điện áp từ mạch nguồn sẽ được cấp cho toàn bộ hệ thống từ khối
32 cảm biến, khối động cơ, khối điều khiển trung tâm, để hoạt động
- Bước 2: Khối điều khiển trung tâm sau khi cấp nguồn sẽ tiến hành tìm và kết nối WIFI
Dữ liệu từ khối cảm biến sau khi được thu thập sẽ được khối trung tâm đọc và xử lý, sau đó hiển thị trên màn hình LCD Đồng thời, dữ liệu cũng sẽ được cập nhật lên Realtime Firebase.
- Bước 4: Dữ liệu trên website sẽ được cập nhật tương ứng với dữ liệu thời gian thực trước đó
Khi các thông số của khối cảm biến đạt ngưỡng đã được thiết lập, khối điều khiển trung tâm sẽ kích hoạt các khối động cơ hoạt động.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.2.1 Khối điều khiển trung tâm
Khối điều khiển trung tâm có khả năng đọc dữ liệu từ khối cảm biến và kết nối mạng qua WIFI Sau đó, nó xuất dữ liệu qua khối hiển thị và điều khiển khối động cơ dựa trên ngưỡng đã được thiết lập từ khối cảm biến.
Hiện nay, có nhiều vi điều khiển như PIC, ARM, 8051, và AVR có khả năng đáp ứng các yêu cầu thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến Đặc biệt, ESP32 nổi bật với khả năng kết nối mạng, đáp ứng tốt các tiêu chí này và được ưa chuộng trên thị trường điện tử Việt Nam.
Nhóm đã quyết định sử dụng board ESP32 DEVKIT V1 để giao tiếp với cảm biến, điều khiển động cơ và đưa dữ liệu lên internet cho đề tài của mình, nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó Dựa trên thông số về chân kết nối của ESP32, nhóm đã thiết kế sơ đồ hệ thống tương ứng.
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm
Khối cảm biến bao gồm các chân kết nối quan trọng: chân VP được sử dụng để kết nối cảm biến đo độ ẩm đất (A0), chân D15 kết nối với cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí (DHT11), chân D1 và D2 kết nối với cảm biến đo cường độ ánh sáng (BH1750), và chân D4 kết nối với cảm biến đo nhiệt độ nước (DS18B20).
- Khối điều khiển thiết bị: chân D13 kết nối với đèn (SUOI); chân D12 kết nối bóng đèn (DEN); chân D14 kết nối động cơ bơm (BOM)
Khối điều khiển bao gồm các chân kết nối quan trọng: chân D5 được sử dụng để kết nối nút nhấn điều khiển đèn, chân D18 kết nối với nút nhấn điều khiển bơm nước, và chân D19 kết nối với nút nhấn điều khiển thiết bị sưởi ấm hồ cá.
- Khối nguồn: gồm 2 nguồn ngõ ra là 5Vdc và 12Vdc:
● Với nguồn 5Vdc (VCC) sẽ cấp nguồn cho các khối như: khối hiển thị, khối cảm biến, khối điều khiển trung tâm và các chân DC+ của MODULE RELAY
● Nguồn 12 Vdc, 220V sẽ được cấp cho việc điều khiển các động cơ, đèn, đèn sưởi
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến
Khối cảm biến bao gồm nhiều loại cảm biến như cảm biến ánh sáng BH1750, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, cảm biến độ ẩm đất và cảm biến nhiệt độ nước DS18B20 Tất cả các cảm biến này đều được kết nối chung với chân VCC (nguồn cấp 5Vdc) và chân GND của khối nguồn, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
- Cảm biến độ ẩm (soil sensor): Có 2 chân bao gồm 1 chân ngõ ra tương tự và
Chân ngõ ra số được sử dụng bởi nhóm, do đó chân data của cảm biến độ ẩm sẽ được kết nối với chân A0 (SOIL) của khối điều khiển trung tâm.
Cảm biến ánh sáng BH1750 là một module tích hợp bộ tiền xử lý, cho phép trả về kết quả mà không cần tính toán phức tạp Với việc tích hợp sẵn giao thức I2C, người dùng chỉ cần kết nối hai chân SCL và SDA của cảm biến với chân D1 và D2 của khối điều khiển trung tâm để thực hiện việc đọc dữ liệu.
- Cảm biến DHT11: sử dụng cho việc đo nhiệt độ và độ ẩm trong không khí Được kết nối với chân D3 của khối điều khiển trung tâm (DHT11)
Cảm biến DS18B20 là lựa chọn hàng đầu để đo chính xác nhiệt độ nước nhờ vào khả năng bền bỉ và chống nước của nó Để hoạt động hiệu quả, cảm biến này cần được kết nối với điện trở 4.7kΩ và sử dụng chân tín hiệu kết nối với chân D4 của khối điều khiển trung tâm.
3.2.3 Khối hiển thị Để có thể quan sát trực tiếp các thông số trên mô hình nhóm đã quyết định sử dụng một module LCD20x4 có tích hợp I2C để dễ dàng quan sát Sơ đồ khối của khối hiển thị như sau:
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối module LCD kết nối IC2
Màn hình LCD 20x4 tích hợp chuẩn giao tiếp I2C, với các chân SCL và SDA được kết nối với chân D22 và D21 của khối điều khiển trung tâm Ngoài ra, chân VDD và VSS được nối với nguồn VCC và GND của khối nguồn.
Chân VDD và VSS sẽ được kết nối lần lượt với chân VU và GND của khối điều khiển trung tâm, nhằm nhận nguồn điện từ khối này (VCC, GND).
3.2.4 Khối điều khiển thiết bị
Kết nối Module Relay điều khiển mang đến khả năng cung cấp nguồn linh hoạt cho các động cơ và đèn, cho phép điều khiển chúng hoạt động ở mức điện áp cao hơn.
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và đèn
Module Relay điều khiển thiết bị sưởi ấm hồ cá sử dụng chân IN để nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm, kết nối với chân D0 Hai chân cấp nguồn DC+ và DC- được kết nối với nguồn 5V Ở ngõ ra, chân COM nối với điện áp dương của thiết bị sưởi, trong khi chân NO kết nối với nguồn vào 12Vdc Cuối cùng, chân âm của thiết bị sưởi được nối với chân GND.
Module Relay điều khiển đèn nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm qua chân IN (DK DEN) và kết nối với chân D5 Hai chân cấp nguồn DC+ và DC- được kết nối với nguồn 5V Ở ngõ ra, chân COM nối với chân điện áp dương của đèn.
NO nối với nguồn vào 12Vdc Chân còn âm của đèn sẽ nối với chân GND
KẾT QUẢ
KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG
Sau khi hoàn tất thiết kế mô hình phần cứng và lựa chọn linh kiện, nhóm đã tiến hành kiểm tra kết nối giữa các thành phần Cuối cùng, sản phẩm của nhóm sau khi thi công được trình bày như các hình ảnh bên dưới.
4.1.1.1 Hộp điều khiển sau khi thi công
Hình 4.1 Bề ngoài hộp chụp trên xuống
Hình 4.2 Bề ngoài hộp chụp theo hướng ngang
Hình 4.3 Mạch bên trong hộp 4.1.1.2 Mô hình trồng cây
Hình 4.4 Mô hình trồng cây chụp riêng chính diện
Mô hình trồng cây bao gồm đèn quang hợp chuyên dụng và động cơ bơm, với thanh ngang treo các loại hoa lan như lan hồng điệp, lan nhạn và chớp sao băng Khu vực phía dưới được sử dụng để trồng các loại rau như bạc hà và rau rừng.
Nước được phun qua các béc được điều khiển bởi hộp điều khiển như hình:
Hình 4.5 Mô hình vườn cây chụp từ cạnh bên
Mô hình hồ cá có kích thước 0.4 x 0.4 x 0.4 mét, bao gồm các thiết bị như máy lọc nước, đầu hút nước và động cơ sưởi Trong hồ, nhóm nuôi một số loại cá cảnh như cá 7 màu, cá ba đuôi và cá bình tích, đồng thời trồng thêm một số loại cây thủy sinh để tạo cảnh quan sinh động.
Hình 4.6 Mô hình bể cá chụp từ trên xuống 4.1.1.4 Toàn bộ mô hình khu vườn và hồ cá
Hình 4.7 Mô hình chụp toàn cảnh
Mô hình được chụp từ hai hướng, thẳng và ngang, cho thấy khu vườn với thanh treo đèn và chậu hoa lan (khung đỏ) Hai thanh bên hỗ trợ dây dẫn nước cho chậu lan, trong khi ba chậu lan được treo trên lớp rêu rừng phía dưới, giúp giữ nước và làm giá thể Mô hình hồ cá (khung tím) bao gồm đầu hút, cây sưởi và cảm biến nhiệt độ nước Bên cạnh mô hình trồng cây có giá đỡ được bắn đinh tán để chứa hộp điều khiển.
Hình 4.8 LCD hiển thị thông tin của hộp điều khiển 4.1.2 Kết quả phần mềm
Giới thiệu các chức năng hoạt động của hệ thống, kèm với hình chụp thực tế, minh chứng được cho các mục tiêu đã đặt ra ban đầu ở Chương 1
Sau đây là một vài hình ảnh về app đã thiết kế Chức năng giống với giao diện khi truy cập website:
Hình 4.10 Thông báo đăng nhập thành công qua app
Sau khi truy cập vào đường dẫn phonglanthuduc.com , nó sẽ truy cập vào trang đăng nhập
Hình 4.11 Trang đăng nhập của website
Trang đăng nhập hiển thị logo của khoa và trường, cùng với thông tin giảng viên và sinh viên thực hiện đề tài Người dùng cần nhập chính xác email và mật khẩu để truy cập hệ thống Khi thông tin đăng nhập đúng, hệ thống sẽ hiển thị thông báo xác nhận.
Hình 4.12 Sau khi đăng nhập thành công
Tại màn hình đăng nhập, nhấn nút OK để chuyển đến giao diện trang chủ của hệ thống, nơi hiển thị các thông số quan trọng.
Hình 4.13 Giao diện toàn hệ thống
Trang web được thiết kế với hai cột thông tin Cột bên trái hiển thị các thông số của khu vườn, bao gồm độ ẩm không khí, nhiệt độ không khí, cường độ ánh sáng và độ ẩm đất Cột bên phải cung cấp thông tin về hồ cá, như mực nước, nhiệt độ nước, hệ thống sưởi và tưới nước Đặc biệt, khi người dùng nhấn vào biểu tượng tương ứng, hệ thống sẽ hiển thị bảng đồ thị và thống kê chi tiết cho từng thông số, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý các yếu tố trong khu vườn và hồ cá.
Hình 4.14 Giao diện thể hiện biểu đồ độ ẩm không khí
Hình 4.15 Giao diện thể hiện nhiệt độ không khí
Hình 4.16 Giao diện thể hiện cường độ ánh sáng
Hình 4.17 Biểu đồ hiển thị giá trị độ ẩm đất
HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Trong phần 4.1 của bài viết, chúng tôi đã trình bày hình ảnh kết quả thông số của hệ thống, bao gồm việc điều khiển ba thiết bị: đèn, động cơ bơm nước và cây sưởi Khi ba thiết bị chưa hoạt động, giao diện website hiển thị trạng thái OFF với ba hình ảnh đen trắng, như thể hiện ở hình bên trái.
Hình 4.19 Giao diện điều khiển ba thiết bị
Khi nhấn nút ON (màu đỏ) trên trang web để bật đèn khu vườn, hình ảnh đèn khu vườn sẽ chuyển từ màu đen trắng sang hình ảnh bóng đèn màu vàng đang sáng, cho biết trạng thái đèn đã được kích hoạt.
Hình 4.20 Giao diện khi ấn ON đèn khu vườn
Hình ảnh thực tế khi đèn khu vườn được bật:
Hình 4.21 Đèn được bật trong mô hình vào ban đêm
Khi ấn nút ON (màu đỏ) ở mục máy bơm nước Lúc này, ảnh máy bơm (trắng đen) sẽ được thay hình sang ảnh động máy bơm màu xanh
Hình 4.22 Giao diện khi bật ON của động cơ bơm nước
Khi động cơ bơm nước được kích hoạt, nó sẽ hút nước và phun ra qua các đầu béc màu cam Dưới đây là hình ảnh thực tế của mô hình khi động cơ bơm nước hoạt động.
Hình 4.23 Trạng thái ON của máy bơm nước
Động cơ bơm nước sẽ khởi động, hút nước từ hồ và phun ra qua các đầu béc màu cam (được khoanh màu vàng trong hình).
Khi nhấn nút ON trong mục Sưởi hồ cá trên trang web, giao diện sẽ thay đổi và hiển thị hình ảnh động mới tương tự như hai trường hợp trước đó.
Hình 4.24 Giao diện trang web khi bật thiết bị sưởi
Relay sẽ bật đèn và động cơ sưởi nước sẽ bắt đầu hoạt động để làm nóng Động cơ sưởi được nhóm sử dụng trong mô hình thực tế như sau.
Hình 4.25 Cây sưởi trong mô hình hồ cá
Cây sưởi sẽ tự động làm nóng nước trong hồ cá khi nhiệt độ dưới 21 °C hoặc khi nhấn nút ON trên giao diện quản lý Khi nhiệt độ vượt quá 21 °C hoặc khi nhấn nút OFF, cây sưởi sẽ ngừng hoạt động.