Luận văn Thiết kế hệ thống giám sát điều kiện tự nhiên và dinh dưỡng của vườn rau thủy canh

INH DƯỠNG CỦA VƯỜN RAU THỦY CANH Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 7510203 LUẬN VĂN ĐẠI HỌC TP. CẦN THƠ, tháng 07 năm 2020 CÔNG TRÌNH LUẬN VĂN CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Cán bộ hướng dẫn: Ths. ĐƯỜNG KHÁNH SƠN Luận văn đại học được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ ngày 22 tháng 7 năm 2020. Thành phần Ban chấm đánh giá luận văn đại học gồm: 1. Trưởng ban: Ths. PHÓ HOÀNG LINH 2. Ủy viên phản biện: Ths. PHẠM THÀNH CÔNG 3. Thư ký ban chấm: Ths. ĐƯỜNG KHÁNH SƠN Xác nhận của Ban chấm đánh giá sau khi luận văn đã được sửa chữa. TRƯỞNG BAN ỦY VIÊN PHẢN BIỆN THƯ KÝ Ths. Phó Hoàng Linh Ths. Phạm Thành Công Ths. Đường Khánh Sơn SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH I NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC Họ và tên sinh viên: Nguyễn Xuân Vinh MSSV: 1600154 Ngày, tháng, năm sinh: 28/02/1998 Nơi sinh: Cần Thơ Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 7510203 TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DINH DƯỠNG CỦA VƯỜN RAU THỦY CANH. Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống giám sát thông số môi trường và điều khiển thiết bị chấp hành trong vườn rau thủy canh qua Internet. Nội dung: Xây dựng hệ thống tủ điều khiển để theo dõi thông số điều kiện tự nhiên và dinh dưỡng lắp tại vườn rau thủy canh Minh Hòa (Quận Bình Thủy – TP Cần Thơ) phục vụ cho quá trình sản xuất rau. Xây dựng Server, Web: thu thập thông tin từ môi trường không khí và môi trường dung dịch dinh dưỡng gửi lên web để giám sát và điều khiển thiết bị. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths. ĐƯỜNG KHÁNH SƠN THỜI GIAN GIAO ĐỀ TÀI: 21/1/2020 THỜI GIAN HOÀN THÀNH: 17/7/2020 Cần Thơ, ngày 29 tháng 07 năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH II LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô giảng viên Khoa Kỹ thuật Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ, đã giúp đỡ cung cấp các tài liệu cần thiết và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Đường Khánh Sơn – Giảng viên hướng dẫn đề tài, thầy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về cơ sở vật chất cũng như các tài liệu tham khảo đồng thời cũng là người định hướng, góp ý các ưu khuyết điểm của đề tài để luận văn đạt mức hoàn chỉnh nhất có thể. Tôi xin chân thành cảm ơn chú Nguyễn Cửu Long – giám đốc kỹ thuật, cô Lâm Việt Hòa – giám đốc tài chính công ty TNHH ĐẦU TƯ VÀ PHÁT TRIỂN MINH HÒA đã tài trợ kinh phí và cho phép tôi lắp đặt hệ thống chạy thử nghiệm tại công ty. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thân, gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện về mặt kinh tế cũng như động viên tinh thần để tôi có một quá trình nghiên cứu tập trung và đạt kết quả tốt. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè cũng như các anh chị đi trước đã hỗ trợ và chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm của mình cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 29 tháng 07 năm 2020. Sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Vinh SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH III LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu sử dụng phân tích và số liệu thu thập được trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố đúng theo qui định. Những nội dung trình bày trong luận văn là những kiến thức của tôi tích lũy trong quá trình học tập, nghiên cứu là trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn, những phần tôi nghiên cứu, trích dẫn đều được nêu trong phần các tài liệu tham khảo. Nếu những phần nêu trên không đúng sự thật, tôi xin cam đoan chịu hoàn toàn trách nhiệm. Cần Thơ, ngày 29 tháng 07 năm 2020. Sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Vinh SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH IV TÓM TẮT LUẬN VĂN TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DINH DƯỠNG CỦA VƯỜN RAU THỦY CANH Mục tiêu nghiên cứu: Theo dõi các yếu tố tự nhiên bên trong nhà lưới vườn rau thủy canh như: Nhiệt độ, độ ẩm không khí, cường độ ánh sáng, nhiệt độ dung dịch, nồng độ hòa tan chất rắn trong dung dịch dinh dưỡng. Thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị: máy bơm dung dịch, đèn, quạt, phun sương, máy che. Áp dụng tổng hợp các kiến thức đã học trong chuyên ngành Cơ điện tử vào thực tế, tìm hiểu và nghiên cứu thêm các kiến thức về IoT. Kết quả nghiên cứu đạt được: Ứng dụng được kiến thức tổng hợp vào đề tài. Tìm hiểu, làm quen và nghiên cứu về các linh kiện và cảm biến: Arduino, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT21, cảm biến cường độ ánh sáng BH1705, cảm biến nhiệt độ, cảm biến nồng độ hòa tan chất rắn TDS. Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh hệ thống tủ điện cũng như hệ thống trang web theo dõi Realtime. Có thể vận hành hệ thống theo 2 cách: tự động (Auto) hoặc tay (Manual). SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH V MỤC LỤC MỤC LỤC CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI....................................................... I NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC .................................................................... II LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... III LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... IV TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................ V MỤC LỤC ............................................................................................................... i DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. vi DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. x DANH MỤC CHỮ VIẾT TĂT ..........................................................................xiii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ................................................................... 4 1.1. Công trình nghiên cứu trong và ngoài nước. ................................................. 4 1.1.1. Công nghệ tưới nhỏ giọt Israel. .............................................................. 4 1.1.2. Công nghệ trồng rau thủy canh .............................................................. 6 1.1.2.1 . Hệ thống thủy canh dạng bấc ...................................................... 7 1.1.2.2 . Hệ thống thủy canh tĩnh .............................................................. 8 1.1.2.3 Hệ thống thủy canh hồi lưu ........................................................... 8 1.1.2.4 Giá thể trồng rau thủy canh ........................................................... 9 1.1.3. Công nghệ trồng rau khí canh .............................................................. 10 1.2. Hệ thống IoT .............................................................................................. 11 1.2.1. Khái niệm ............................................................................................ 11 1.2.2. Ứng dụng ............................................................................................ 13 1.2.2.1. Nhà thông minh ......................................................................... 13 1.2.2.2. Sản phẩm có thể đeo được .......................................................... 14 1.2.2.3. Thành phố thông minh ............................................................... 14 1.2.2.4. Mạng lưới thông minh ................................................................ 15 1.2.2.5. Internet công nghiệp ................................................................... 15 1.2.2.6. Xe được kết nối .......................................................................... 16 1.2.2.7. Sức khỏe được kết nối ................................................................ 16 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH i MỤC LỤC 1.2.2.8. Bán lẻ thông minh ...................................................................... 17 1.2.2.9. Chuỗi cung ứng thông minh ....................................................... 18 1.2.2.10. Canh tác thông minh ................................................................ 18 1.3. Các mô hình trồng rau công nghệ cao ......................................................... 19 1.3.1. Nhà kính .............................................................................................. 19 1.3.1.1 Khái niệm ................................................................................... 19 1.3.1.2 Ưu điểm ...................................................................................... 19 1.3.1.3 Nhược điểm ................................................................................ 20 1.3.2. Nhà lưới .............................................................................................. 20 1.3.2.1 Khái niệm ................................................................................... 20 1.3.2.2 Ưu điểm ...................................................................................... 21 1.3.2.3 Nhược điểm ................................................................................ 21 1.4. Giới thiệu về công ty TNHH đầu tư và phát triển Minh Hòa ....................... 22 1.5. Hiệu quả của công nghệ trồng rau thủy canh .............................................. 22 1.6. Vấn đề tập trung nghiên cứu của đề tài ....................................................... 23 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 24 2.1. Cải Kale lá xoăn ......................................................................................... 24 2.1.1. Đặc tính sinh học ................................................................................. 24 2.1.2. Điều kiện phát triển ............................................................................. 24 2.1.3. Giá trị dinh dưỡng và kinh tế ............................................................... 24 2.1.4. Quy trình trồng, chăm sóc và thu hoạch cải Kale ................................. 25 2.1.4.1 Chuẩn bị hạt giống và giá thể ...................................................... 25 2.1.4.2 Công đoạn ươm hạt ..................................................................... 26 2.1.4.3 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thứ cấp ............................................. 26 2.1.4.4 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thường xuyên ................................... 27 2.1.4.5 Thu hoạch ................................................................................... 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 28 2.3. Các thành phần cơ bản của vườn rau thủy canh. ......................................... 28 2.3.1. Nhà lưới .............................................................................................. 28 2.3.1.1 Thép hộp chuyên dụng ................................................................ 28 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH ii MỤC LỤC 2.3.1.2 Màng nhựa PE ............................................................................ 29 2.3.1.3 Màng lưới chuyên dụng .............................................................. 30 2.3.2. Hệ thống chiếu sáng ............................................................................ 31 2.3.2.1. Đèn ươm .................................................................................... 31 2.3.2.2. Đèn hỗ trợ tăng trưởng ............................................................... 32 2.3.3. Hệ thống phun sương, làm mát ............................................................ 33 2.3.3.1. Lọc nước và bơm cao áp ............................................................... 33 2.3.3.2. Quạt làm mát.............................................................................. 34 2.3.4. Hệ thống chạy dinh dưỡng ................................................................... 35 2.3.4.1. Ống nhựa thủy canh ................................................................... 35 2.3.4.2. Ống dẫn dinh dưỡng ................................................................... 36 2.4. Thành phần hệ thống điều khiển ................................................................. 37 2.4.1. Arduino ............................................................................................... 37 2.4.2. NODE MCU ESP8266 ........................................................................ 39 2.4.3. Cảm biến DHT21 ................................................................................ 41 2.4.4. Cảm biến ánh sáng BH1750 ................................................................ 42 2.4.5. Cảm biến nồng độ hòa tan chất rắn TDS .............................................. 43 2.4.6. Cảm biến nhiệt độ môi trường nước DS18B20 .................................... 45 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dây .................................................................. 45 Cảm biến nhiệt độ ......................................................................................... 45 2.4.7. Module 4 relay với Opto cách ly .......................................................... 46 2.4.8. Công tắc tơ .......................................................................................... 47 Công tắc tơ .................................................................................................... 47 2.4.9. Công tắc hành trình ............................................................................. 49 2.4.10. Bàn phím mềm 1x4 ........................................................................... 50 2.4.11. Màn hình Grove -16x2 LCD .............................................................. 51 2.4.12. Đèn báo hiển thị điện áp .................................................................... 52 2.5. Phần mềm và ngôn ngữ lập trình ................................................................ 52 2.5.1. Arduino IDE ........................................................................................ 52 2.5.2. Sublime Text 3 .................................................................................... 54 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH iii MỤC LỤC 2.5.3. Node js ................................................................................................ 55 2.5.4. Angular JS ........................................................................................... 56 2.5.5. Git ....................................................................................................... 59 2.5.6. Firebase ............................................................................................... 60 2.5.7. Heroku ................................................................................................ 63 2.5.8. Ngôn ngữ lập trình .............................................................................. 64 2.5.8.1. C, C++ ....................................................................................... 64 2.5.8.2. JavaScript .................................................................................. 65 2.5.8.3. HTML ........................................................................................ 67 2.5.8.4. CSS ............................................................................................ 69 2.5.8.5. Visual Studio Code .................................................................... 70 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG .................................. 72 3.1. Bản vẽ bố trí, mặt bằng ............................................................................... 72 3.1.1. Mặt bằng tổng thể. ............................................................................... 72 3.1.2. Bố trí mô phỏng................................................................................... 72 3.2. Bố trí cảm biến ........................................................................................... 73 3.3. Tủ điện ....................................................................................................... 74 3.4. Sơ đồ vận hành thiết bị ............................................................................... 75 3.4.1. Sơ đồ điều khiển quạt và mái che ........................................................ 75 3.4.2. Sơ đồ điều khiển phun sương ............................................................... 77 3.5. Thiết lập kết nối linh kiện ........................................................................... 77 3.5.1. Danh sách linh kiện ............................................................................. 77 3.5.2. Đấu nối cảm biến và các module ......................................................... 78 3.5.3. Bảng kết nối tổng hợp ......................................................................... 79 3.5.4. Mạch in kết nối linh kiện ..................................................................... 80 3.6. Hệ thống giám sát và điều khiển ................................................................. 81 3.6.1. WebSocket – giao tiếp hai chiều giữa client và server ......................... 81 3.6.2. Tạo dự án Node JS .............................................................................. 85 3.6.3. Tạo Socket Server và Socket Client ..................................................... 86 3.6.3.1 Socket Server .............................................................................. 86 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH iv MỤC LỤC 3.6.3.2 Socket Client ............................................................................... 87 3.6.3.3 Package cần thiết cho dự án. ....................................................... 88 3.6.4. Lập trình giao diện HTML................................................................... 89 3.6.4.1 Giao diện đăng nhập ................................................................... 89 3.6.4.2 Giao diện trang chủ ..................................................................... 90 3.6.4.3 Giao diện tab “Công ty” .............................................................. 91 3.6.4.4 Giao diện tab “Điều khiển” ......................................................... 92 3.6.4.5 Giao diện tab Biểu đồ .................................................................. 94 3.6.4.6 Lập trình Webapp ....................................................................... 95 3.6.5. Đăng kí dự án trên Heroku .................................................................. 96 3.6.6. Đưa dự án lên Heroku ......................................................................... 98 3.6.7. Đăng kí Firebase và kết nối dữ liệu ...................................................... 99 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 102 4.1. Kết quả ..................................................................................................... 102 4.2. Hướng dẫn sử dụng với bàn phím ............................................................. 105 4.2.1. Chuyển chế độ ................................................................................... 105 4.2.2. Cài đặt thông số ................................................................................. 108 4.3. So sánh hệ thống....................................................................................... 111 4.4. Lợi ích mang lại của hệ thống ................................................................... 114 4.5. Kiến nghị .................................................................................................. 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 115 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 116 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH v DANH MỤC HÌNH DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống tưới nhỏ giọt ............................................................................. 4 Hình 1.2: Ống nhỏ giọt thực tế ................................................................................ 5 Hình 1.3: Hệ thống giàn rau thủy canh tại Minh Hòa ............................................... 6 Hình 1.4: Các loại rau đa dạng tại Minh Hòa ........................................................... 7 Hình 1.5: Mô hình thủy canh dạng bấc .................................................................... 7 Hình 1.6: Hệ thống thủy canh tĩnh ........................................................................... 8 Hình 1.7: Hệ thống thủy canh hồi lưu ...................................................................... 8 Hình 1.8: Giá thể sơ dừa .......................................................................................... 9 Hình 1.9: Mô hình trồng rau khí canh .................................................................... 10 Hình 1.10: Internet of things .................................................................................. 12 Hình 1.11: Ứng dụng nhà thông minh .................................................................... 13 Hình 1.12: Phụ kiện thông minh ............................................................................ 14 Hình 1.13: Thành phố thông minh ......................................................................... 15 Hình 1. 14: Mạng lưới thông minh ........................................................................ 15 Hình 1.15: Xe hơi tự lái ......................................................................................... 16 Hình 1.16: Kết nối hệ thống y tế ............................................................................ 17 Hình 1.17: Bán hàng trực tuyến ............................................................................. 17 Hình 1.18: Chuỗi cung ứng thông minh ................................................................. 18 Hình 1.19:Canh tác thông minh ............................................................................. 18 Hình 1.20: Chăm sóc rau trong nhà kính ................................................................ 20 Hình 2. 1: Cải Kale tại công ty Minh Hòa .............................................................. 24 Hình 2.2: Giá thể xơ dừa ....................................................................................... 25 Hình 2.3: Cải Kale trên giàn ươm .......................................................................... 26 Hình 2.4: Cải Kale trên giàn ươm thứ cấp .............................................................. 26 Hình 2.5: Cải Kale 12 ngày tuổi ............................................................................ 27 Hình 2. 6: Cải Kale 2,5 tháng tuổi ......................................................................... 27 Hình 2.7: Thép hộp các loại ................................................................................... 28 Hình 2.8: Màng nhựa PE phủ nhà lưới ................................................................... 29 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.9: Màng lưới chống cồn trùng .................................................................... 30 Hình 2.10: Dãi ánh sáng quang phổ của đèn .......................................................... 31 Hình 2.11: Đèn ươm tại công ty Minh Hòa ............................................................ 32 Hình 2.12: Đèn pha led SMD 200W ...................................................................... 33 Hình 2.13: Hệ thống lọc thô ................................................................................... 34 Hình 2.14: Hệ thống lọc tinh ................................................................................. 34 Hình 2.15:Quạt làm mát ........................................................................................ 35 Hình 2.16: Ống thủy canh lục giác ......................................................................... 35 Hình 2. 17: Ống cấp dinh dưỡng ............................................................................ 36 Hình 2. 18: Đường ống hồi lưu dinh dưỡng ........................................................... 37 Hình 2.19: Arduino Mega 2560 ............................................................................. 38 Hình 2.20: Sơ đồ chân của Arduino Mega 2560 .................................................... 39 Hình 2. 21: Node MCU 0.9 (ESP-12 Module) ....................................................... 39 Hình 2.22: Một số Module ESP8266 ..................................................................... 40 Hình 2.23: Sơ đồ chân của Node MCU ESP-12 V1.0 ............................................ 41 Hình 2. 24: Sơ đồ chân DHT21 ............................................................................. 42 Hình 2.25: Sơ đồ kết nối vi xử lý ........................................................................... 42 Hình 2.26: Cảm biến ánh sáng BH1750 ................................................................. 42 Hình 2.27: Chỉ số TDS của nước ........................................................................... 44 Hình 2.28: Sơ đồ mạch chuyển tín hiệu ................................................................. 44 Hình 2.29: Sơ đồ kết nối mẫu ................................................................................ 45 Hình 2. 30: Cảm biến DS18B20 và sơ đồ đấu nối .................................................. 45 Hình 2.31: Module 4 relay opto cách ly 5VDC ...................................................... 46 Hình 2.32: Công tắc tơ........................................................................................... 47 Hình 2.33: Cấu tạo công tắc tơ .............................................................................. 48 Hình 2. 34: Nguyên lý hoạt đông của công tắc tơ ................................................... 48 Hình 2.35: Công tắc hành trình .............................................................................. 50 Hình 2. 36: Sơ đồ kết nối bàn phím mềm 1x4 keypad ............................................ 51 Hình 2.37: Mặt trước và sau của Grove-16x2 LCD (White on Blue) ..................... 52 Hình 2.38: Đèn báo pha hiển thị điện áp ................................................................ 52 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.39: Icon Arduino IDE ................................................................................ 53 Hình 2.40: Giao diện soạn thảo .............................................................................. 53 Hình 2.41: Icon Sublime Text 3 ............................................................................. 54 Hình 2.42: Giao diện soạn thảo của Sublime Text ................................................. 55 Hình 2.43: Logo Nodejs ........................................................................................ 56 Hình 2.44: Angularjs ............................................................................................. 56 Hình 2.45: Tính năng cơ bản của AngularJS .......................................................... 58 Hình 2.46: Logo biểu trưng của Git ....................................................................... 60 Hình 2.47: Firebase. .............................................................................................. 61 Hình 2.48: Firebase xây dựng hành động tự động đăng nhập ................................. 62 Hình 2.49: Firebase cung cấp các hosting được phân phối theo tiêu chuẩn SSL ..... 62 Hình 2.50: Giao diện Firebase ............................................................................... 63 Hình 2.51: Đăng nhập Heroku ............................................................................... 63 Hình 2.52: Đoạn code arduino đơn giản về điều khiển led ..................................... 64 Hình 2.53: Logo JavaScript ................................................................................... 65 Hình 2.54: Code JavaScript khi ấn F12 .................................................................. 66 Hình 2. 55: Một đoạn code đơn giản HTML .......................................................... 67 Hình 2.56: Giao diện thể hiện của code khi mở bằng trình duyệt Chrome .............. 67 Hình 2.57: Cấu trúc cơ bản của trang HTML ......................................................... 68 Hình 2.58: Cấu trúc mở rộng của một trang web.................................................... 69 Hình 2.59: Biểu trưng CSS .................................................................................... 70 Hình 2.60: Logo Visual Studio Code ..................................................................... 71 Hình 3.1: Mô phỏng nhà màng .............................................................................. 72 Hình 3.2: Bố trí giàn thủy canh .............................................................................. 72 Hình 3.3: Khoảng cách bố trí rau ........................................................................... 73 Hình 3.4: Bố trí cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm .............................................. 73 Hình 3.5: Cảm biến TDS và nhiệt độ dung dịch ..................................................... 74 Hình 3.6: Tủ điện thực tế ....................................................................................... 74 Hình 3.7: Mạch điện bên trong tủ .......................n cấp nếu xảy ra thời gian chết. 1.2.2.6. Xe được kết nối Công nghệ xe được kết nối là một mạng lưới rộng lớn và rộng lớn gồm nhiều cảm biến, ăng-ten, phần mềm nhúng và công nghệ hỗ trợ giao tiếp để điều hướng trong thế giới phức tạp của chúng tôi. Nó có trách nhiệm đưa ra quyết định với sự nhất quán, chính xác và tốc độ. Hình 1.15: Xe hơi tự lái Nó cũng phải đáng tin cậy. Những yêu cầu này sẽ trở nên quan trọng hơn khi con người từ bỏ hoàn toàn việc kiểm soát tay lái và phanh cho các phương tiện tự động hoặc tự động đang được thử nghiệm thành công trên đường cao tốc của chúng ta hiện tại. 1.2.2.7. Sức khỏe được kết nối IoT có các ứng dụng khác nhau trong chăm sóc sức khỏe, từ các thiết bị giám sát từ xa đến các bộ cảm ứng tiên tiến và thông minh để tích hợp thiết bị. Nó có tiềm năng để cải thiện cách thức các bác sĩ chăm sóc và giữ cho bệnh nhân an toàn và khỏe mạnh. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 16 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Hình 1.16: Kết nối hệ thống y tế Chăm sóc sức khỏe IoT có thể cho phép bệnh nhân dành nhiều thời gian hơn để tương tác với bác sĩ của họ nhờ đó nó có thể thúc đẩy sự tham gia của bệnh nhân và sự hài lòng. Từ cảm biến thể dục cá nhân đến robot phẫu thuật, IoT trong chăm sóc sức khỏe. mang đến những công cụ mới được cập nhật với công nghệ mới nhất trong hệ sinh thái giúp phát triển chăm sóc sức khỏe tốt hơn. IoT giúp cách mạng hóa chăm sóc sức khỏe và cung cấp các giải pháp thân thiện với túi tiền cho bệnh nhân và chuyên gia chăm sóc sức khỏe. 1.2.2.8. Bán lẻ thông minh Các nhà bán lẻ đã bắt đầu áp dụng các giải pháp IoT và sử dụng hệ thống nhúng IoT trên một số ứng dụng cải thiện hoạt động lưu trữ như tăng mua hàng, giảm hành vi trộm cắp, cho phép quản lý khoảng không quảng cáo và nâng cao trải nghiệm mua sắm của người tiêu dùng. Hình 1.17: Bán hàng trực tuyến Thông qua các nhà bán lẻ vật lý IoT có thể cạnh tranh với những người thách thức trực tuyến mạnh mẽ hơn. Họ có thể lấy lại thị phần bị mất của họ và thu hút người tiêu dùng vào cửa hàng, do đó làm cho nó dễ dàng hơn cho họ để mua nhiều hơn trong khi tiết kiệm tiền. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 17 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.2.2.9. Chuỗi cung ứng thông minh Chuỗi cung ứng đã trở nên thông minh hơn trong vài năm. Cung cấp giải pháp cho các vấn đề như theo dõi hàng hóa trong khi họ đang đi trên đường, khi quá cảnh hoặc giúp nhà cung cấp trao đổi thông tin khoảng không quảng cáo là một số dịch vụ phổ biến. Với một hệ thống được kích hoạt IoT, thiết bị nhà máy có chứa các cảm biến nhúng truyền dữ liệu về các thông số khác nhau như áp suất, nhiệt độ và sử dụng máy. Hệ thống IoT cũng có thể xử lý quy trình làm việc và thay đổi cài đặt thiết bị để tối ưu hóa hiệu suất. Hình 1.18: Chuỗi cung ứng thông minh 1.2.2.10. Canh tác thông minh Canh tác thông minh là một ứng dụng IoT thường bị bỏ qua. Tuy nhiên, do số lượng các hoạt động canh tác thường là từ xa và số lượng lớn chăn nuôi mà nông dân làm việc, tất cả điều này có thể được theo dõi bởi Internet of Things và cũng có thể cách mạng hóa cách thức nông dân làm việc. Nhưng ý tưởng này vẫn chưa đạt được sự chú ý quy mô lớn. Tuy nhiên, nó vẫn còn là một trong những ứng dụng IoT không nên được đánh giá thấp. Chăn nuôi thông minh có tiềm năng trở thành một lĩnh vực ứng dụng quan trọng đặc thù ở các nước xuất khẩu nông sản. Hình 1.19:Canh tác thông minh SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 18 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.3. Các mô hình trồng rau công nghệ cao 1.3.1. Nhà kính 1.3.1.1 Khái niệm Nhà kính là công trình thường có tường và mái làm bằng kính (hoặc vật liệu tương tự) dùng để trồng rau quả để tránh tác động nhất thời của thời tiết như mưa to gió mạnh. Vì nhà kính có mái và tường bằng kính hoặc nhựa nên chúng có khả năng tự nóng lên do bức xạ nhìn thấy được của mặt trời khi đi qua lớp kính trong suốt bị hấp thụ bởi thực vật, đất đai và những thứ khác bên trong nhà kính. Không khí được làm ấm bởi nhiệt từ những bề mặt nóng bên trong được giữ lại bởi mái nhà và những bức tường. Thêm vào đó, những cây cối và cấu trúc bên trong nhà kính sau khi được làm ấm lại bức xạ lần nữa nhiệt năng của chúng trong dải quang phổ hồng ngoại. Do có thể điều chỉnh được nhiệt độ, cũng như việc tưới nước duy trì độ ẩm nhất định nên có thể quy định được khí hậu trong nhà kính. Khu vườn ngoài trời và trong nhà kính có lợi thế và bất lợi khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và yêu cầu cụ thể của người làm vườn. Cũng có những lợi thế và bất lợi cho các loại nhà kính được sử dụng. 1.3.1.2 Ưu điểm Hệ thống nhà kính trồng rau có ưu điểm lớn nhất là rau không bị ảnh hưởng bởi thời tiết của môi trường bên ngoài. Vào mùa hè, rau không bị ảnh hưởng bởi khí hậu nóng nực và những trận mưa lớn gây dập nát rau. Mùa đông hệ thống nhà kính che sương xuống rau. Do đó, người canh tác có thể hoàn toàn chủ động trong việc chăm sóc và nuôi trồng những luống rau của mình. Ngoài ra, nhà kính trồng rau còn giúp che chắn khỏi những loài sâu bọ phá hoại lá cây, các loại mối, mọt, ruồi, phá hoại mùa màng. Như vậy, người nông dân sẽ không còn phải dùng quá nhiểu thuốc trừ sâu cho rau. Sản phẩm thu được sẽ chất lượng, sạch sẽ và an toàn hơn rất nhiều. Thiết kế kiểu nhà vòm khi lắp đặt hệ thống nhà kính trồng rau giúp cung cấp đủ ánh sáng cho vườn rau nhà bạn. Nhìn chung, ưu điểm khi trồng rau trong nhà kính là sản phẩm thu được rất an toàn, tiết kiệm chi phí thuốc trừ sâu mà vẫn đảm bảo quá trình phát triển của vườn rau. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Hình 1.20: Chăm sóc rau trong nhà kính 1.3.1.3 Nhược điểm Nhược điểm lớn nhất của hệ thống nhà kính là thường được xây dựng ở diện tích khá nhỏ, chỉ khoảng từ 500 – 1000m2. Do đó khó có thể trồng nhiều loại rau cùng một lúc mà phải luân canh. Hơn nữa xây dựng nhà kính tốn khá nhiều chi phí, nhất là các chi tiết nhỏ như tấm kính khung sắt, lắp đặt hệ thống tưới tiêu. Vì thế đầu tư vào hệ thống nhà kính cần có nguồn vốn lớn. Noài ra, khi đầu tư xây dựng nhà kính, chủ đầu tư cần tính toán thật kỹ lựa chọn các vật liệu sao cho sử dụng trong khoảng thời gian dài nhất để tiết kiệm chi phí sửa chữa. 1.3.2. Nhà lưới 1.3.2.1 Khái niệm Nhà lưới kín Toàn bộ mái, xung quanh nhà được phủ bằng lưới, cửa ra vào được căng phủ bằng lưới. Khung nhà được làm bằng cột bê tông hoặc bằng khung sắt. Mái được thiết kế theo kiểu mái bằng hoặc mái nghiêng hai bên; có độ cao chỉ từ 2,0 - 3,9 m. Diện tích mỗi nhà lưới có thể từ 500 - 1.000 m2 theo từng điều kiện canh tác. Nhà lưới kín ngăn ngừa được côn trùng phá hoại và đẻ trứng, giảm tối đa lượng thuốc trừ sâu sử dụng, tăng độ an toàn cho nông sản, tăng thời vụ sản xuất, giảm xói mòn đất, giảm cường độ ánh sáng, trồng được rau trái vụ. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 20 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Do thông gió kém, nếu không có thiết bị thông gió, về mùa nắng, nhiệt độ trong nhà lưới cao hơn ở ngoài 1- 2oC sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây. Nhà lưới hở Nhà lưới chỉ được che chủ yếu trên mái hoặc một phần bao xung quanh. Nhà thiết kế rất đơn giản với kiểu mái bằng, mái nghiêng hai bên.; khung nhà có thể làm bằng cột bê tông, khung sắt, khung gỗ, cây gỗ chống và căng dây kẽm, dây cáp để giữ lưới. Sử dụng nhà lưới hở giúp giảm ánh sáng, hạn chế mưa xối trực tiếp, giảm sâu bệnh hại. Tuy nhiêm, không có tác dụng ngăn ngừa côn trùng. 1.3.2.2 Ưu điểm  Mô hình nhà lưới trồng rau có rất nhiều lợi ích đối với nông nghiệp.  Nó giúp bảo vệ rau khỏi côn trùng phá họai, từ đó giảm được tối đa việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật. Từ đó, rau dễ đạt được tiêu chuẩn an toàn và giá trị cao.  Nhà lưới trồng rau còn tạo môi trường tốt cho rau sinh trưởng và phát triển.  Kết hợp với việc chăm sóc và bón phân đầy đủ sẽ làm tăng năng suất rau trồng dẫn đến người nông dân được thu lợi nhuận cao.  Nhà lưới sẽ giúp bảo vệ rau trồng khỏi tác động của thời tiết, tránh mưa làm dập nát lá rau. Nhà lưới còn có hệ thống tưới phun tự động nên giảm được công lao động đáng kể. 1.3.2.3 Nhược điểm Ngoài những lợi ích của nhà lưới trồng rau, mô hình này cũng có một số hạn chế cơ bản như:  Đó là vào mùa nóng, nhiệt độ nhà lưới sẽ cao hơn nhiệt độ bên ngoài từ 1-2 độ C nếu không được thông gió tốt.  Đây là yếu tố có thể ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của rau trồng. Tuy nhiên, bạn vẫn có thể khắc phục hạn chế này bằng cách sử dụng hệ thống phun mưa trong nhà lưới để giảm bớt nhiệt độ lúc nhiệt độ cao. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 21 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI  Mô hình nhà lưới còn hạn chế ở diện tích. Nếu bạn không tính toán chính xác diện tích nhà lưới và diện tích cây trồng thì sẽ rất dễ phát sinh nấm bệnh.  Giá nhà lưới trồng rau cũng khá cao cho nên bà con nông dân vẫn còn rất ngần ngại chưa dám đầu tư. Mặc dù vẫn còn nhiều hạn chế, tuy nhiên, nhà lưới trồng rau vẫn là mô hình đang được khuyến khích sử dụng ở Việt Nam để nâng cao chất lượng nông nghiệp. Nếu mạnh dạn đầu tư thì trong tương lai sẽ thấy được hiệu quả cao mà chúng mang lại và gia đình bạn và cộng đồng sẽ được sử dụng rau sạch hoàn toàn. 1.4. Giới thiệu về công ty TNHH đầu tư và phát triển Minh Hòa Loại hình hoạt động: Công ty TNHH Một Thành Viên Địa chỉ: 273 đường Nguyễn Văn Linh, Khu vực Bình Phó B, Phường Long Tuyền, Quận Bình Thủy, Thành phố Cần Thơ Đại diện pháp luật: Lâm Việt Hòa Ngành nghề kinh doanh: Trồng rau, đậu các loại và trồng hoa, cây cảnh (chính), Dịch vụ ăn uống  Vài nét về công ty Minh Hòa là một công ty kinh doanh đa ngành nghề, nhưng sản phẩm chính của công ty là rau thủy canh và cung cấp dịch vụ lẫu chay sử dụng rau tại vườn. Với diện tích gần 8000 mét vuông đất được chia thành 3 khu:  Khu 1: Khu vực trưng bày sản phẩm và phục vụ ăn uống.  Khu 2: Sử dụng hệ thống trồng rau thủy canh hồi lưu, trồng các loại rau ăn lá phổ biến như xà lách, rau muống  Khu 3: Sử dụng hệ thống trồng hữu cơ kết hợp công nghệ tưới nhỏ giọt của Israel, trồng các loại rau màu thân thảo như bí ngòi, dưa leo, cà chua 1.5. Hiệu quả của công nghệ trồng rau thủy canh Với một hệ thống trồng rau thủy canh cơ bản, chủ vườn sẽ tiết kiệm được rất nhiều công chăm sóc, nước tưới và cả quỹ đất. Do được cung cấp đầy đủ lượng nước cũng như dinh dưỡng nên các loại rau được trồng sẽ phát triển rất tốt, hàm lượng dinh dưỡng cao và kiểm soát được lượng phân bón cũng như các nguyên tố đa, vi lượng có trong rau đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 22 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Với cùng một diện tích canh tác, giữa người trồng rau truyền thống và người sử dụng công nghệ thủy canh thì người trồng rau thủy canh sẽ có những lợi thế như: rút ngắn thời gian thu hoạch, giá bán cao, tiết kiệm công chăm sóc, sản phẩm đạt chất lượng, hiệu quả và năng suất cao. Không những mang lại lợi ích kinh tế mà trồng rau thủy canh còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hạn chế tuyệt đối việc phun thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật. 1.6. Vấn đề tập trung nghiên cứu của đề tài Qua các phân tích về sự cần thiết của một hệ thống theo dõi, giám sát và tự động cân bằng thông số môi trường cho thấy đây là một hệ thống rất cần thiết với người trồng rau thủy canh. Ngoài việc cho các thông số trực quan, hệ thống sẽ giúp tăng năng suất cho vườn rau và giúp người trồng có được một quy trình trồng rau khép kín, hoàn thiện. Để đáp ứng những yêu cầu đó, vấn đề tập trung nghiên cứu của đề tài sẽ là:  Hoàn thiện tủ điều khiển thông qua hệ thống IoT.  Hệ thống vận hành ở 2 chế độ: Tự động (Auto) và Tay (Manual).  Giám sát thông số và hỗ trợ điều khiển thiết bị từ xa thông qua Web server.  Hoàn thiện quy trình trồng và chăm sóc cải Kale. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 23 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Cải Kale lá xoăn 2.1.1. Đặc tính sinh học Cải Kale là loại cây thân thảo, lá có màu xanh hoặc tím dùng để ăn hoặc chế biến thành sinh tố. Là một loại rau họ cải xanh, rất giàu dinh dưỡng. 2.1.2. Điều kiện phát triển Khí hậu: nhiệt độ thích hợp cho cải Kale sinh trưởng và phát triển tốt là từ 20 – 27℃, độ ẩm từ 75-90%. Do là cây ưa nắng nên năng suất sẽ tăng vào các mùa có ngày dài hơn đêm. Thổ nhưỡng: Rễ cây sẽ phát triển tốt trong môi trường có pH từ 5.5-6.8. Sau khi trồng từ 75-90 ngày có thể thu hoạch. Thời gian thu hoạch kéo dài từ 4-6 tháng. Hình 2. 1: Cải Kale tại công ty Minh Hòa (Nguồn tổng hợp từ: và kinh nghiệm trồng thực tế tại công ty Minh Hòa) 2.1.3. Giá trị dinh dưỡng và kinh tế  Dinh dưỡng (Nguồn: USDA Food Data Central) Cải Kale lá xoăn chứa chất xơ, chất chống oxi hóa, canxi, vitamin C, K và rất nhiều các nguyên tố dinh dưỡng khác giúp ngăn ngừa các vấn đề sức khỏe khác nhau. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 24 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chất chống oxi hóa: giúp cơ thể loại bỏ các độc tố không mong muốn trong quá trình trao đổi chất của cơ thể. Cải Kale có tác dụng tốt với một số bệnh như: tim mạch, tiểu đường, ung thư, tiêu hóa, các bệnh về da và tóc  Kinh tế (Nguồn tham khảo: Nongsandungha.com và Cty Minh Hòa) Với những giá trị dinh dưỡng cao thì mức giá của loại rau này được bán tại vườn vào khoảng 100.000 đồng/ký và thị trường giao động từ 70.000 đến 130.000 đồng/ký. 2.1.4. Quy trình trồng, chăm sóc và thu hoạch cải Kale 2.1.4.1 Chuẩn bị hạt giống và giá thể  Hạt giống: Hạt cải Kale được nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài, ở tại Minh Hòa thì hạt cải được nhập khẩu từ Đức. Hạt đã được qua xử lí nảy mầm, đảm bảo kích thước hạt đồng đều và tỷ lệ nảy mầm trên 90%.  Giá thể: Xơ dừa là loại giá thể phù hợp được lựa chọn trong việc trồng các loại ràu thủy canh vì giá thành hợp lí, bảo vệ môi trường và có thể tái sử dụng làm phân hữu cơ cho các loại cây trồng khác sau khi thu hoạch rau. Hình 2.2:Giá thể xơ dừa Xơ dừa được xoay nhuyễn và sau đó xử lí thanh trùng để đảm bảo không có vi sinh vật và nấm bệnh gây hại cho rau trong quá trình phát triển. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.4.2 Công đoạn ươm hạt Giai đoạn này, giá thể xơ dừa được xử lí để có độ ẩm phù hợp cho hạt này mầm. Khi đạt độ ẩm phù hợp, giá thể được cho vào ¾ chiều cao của rọ và tiếp theo là cho hạt vào và thêm giá thể để lắp đầy rọ. Tiếp theo là tiếp hành đưa rọ giá thể chứa hạt lên giàn ươm. Hàng ngày, chăm sóc các rọ này bằng cách phun sương để cung cấp độ ẩm lên bề mặt các rọ ươm. Chăm sóc liên tiếp như thế từ 7-8 ngày đến khi cây được 3 lá mầm. Hình 2.3: Cải Kale trên giàn ươm 2.1.4.3 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thứ cấp Sau khi cây được 3 lá mầm sẽ được chuyển sang giàn chạy dinh dưỡng thứ cấp. Ở giai đoạn này, cây sẽ được cho chạy dinh dưỡng 2 lần/ngày vào buổi sáng và buổi chiều, mỗi lần chạy dinh dưỡng như thế kéo dài trong 1-2 giờ. Hình 2.4: Cải Kale trên giàn ươm thứ cấp SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 26 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.4.4 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thường xuyên Cây con từ 10 đến 15 ngày tuổi sẽ được chuyển từ giàn thứ cấp sang giàn chạy dinh dưỡng thường xuyên. Ở giai đoạn này, cây sẽ được cung cấp dinh dưỡng liên tục 24/24 để đảm bảo đủ nước và dinh dưỡng cho sự phát triển của cây. Hình 2.5: Cải Kale 12 ngày tuổi 2.1.4.5 Thu hoạch Tính từ ngày gieo hạt đến ngày có thể thu hoạch đầu tiên là từ 35-40 ngày, thời gian này cây sẽ có thể cho thu hoạch lá gốc. Thời gian thu hoạch kéo dài 2,5-3 tháng vào mùa nắng (thời tiết oi bức) và 4-6 tháng vào mùa mưa (thời tiết mát mẻ). Hình 2. 6: Cải Kale 2,5 tháng tuổi SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 27 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2. Phương pháp nghiên cứu Đề tài này được thực hiện bằng nhiều phương pháp kết hợp với nhau để hướng tới các kết quả, số liệu chính xác và trực quan nhất.  Phương pháp chọn mẫu: Chọn loại hình canh tác, loại rau  Phương pháp thu thập và tổng hợp thông tin: Bằng cách giao tiếp với các cô chú làm việc chăm sóc rau tại đây, tôi đã biết được quy trình cụ thể từ lúc trồng cho tới khi thu hoạch rau. Ngoài ra, các số liệu và thông số môi trường được ghi lại trực tiếp trên sổ tay và đối chiếu với số liệu trên hệ thống.  Phương pháp thực nghiệm khoa học: Các thiết bị được đưa vào vận hành trực tiếp thông qua hệ thống điều khiển tác động trực tiếp đến môi trường.  Phương pháp mô hình hóa: Thiết kế được mô hình mô phỏng trực quan hoạt động của hệ thống. 2.3. Các thành phần cơ bản của vườn rau thủy canh. 2.3.1. Nhà lưới 2.3.1.1 Thép hộp chuyên dụng Thép hộp là loại nguyện liệu được sử dụng khá nhiều và phổ biến trong các công trình xây dựng cũng như các ngành chế tạo cơ khí. Thép hộp được sản xuất theo quy trình chung ban đầu là: Xử lý nguyên liệu, tạo dòng thép nóng chảy, đúc tiếp nhiên liệu, phôi và cán. Sau khi hoàn thành xong quá trình cán, phôi thép sẽ được đưa đến nhà máy sản xuất thép hộp. Hình 2.7: Thép hộp các loại SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thép hộp được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau như: làm kết cấu dầm thép, làm khung sường mái nhà, tháp ăng ten, tháp truyền thanh. Ưu điểm của thép hộp: Giá thành thấp, tuổi thọ dài, ít tốn chi phí bảo trì, dễ dàng kiểm tra và đánh giá. 2.3.1.2 Màng nhựa PE Màng PE là một loại màng nhựa plastic mỏng có độ co dãn cao và có tính bám dính nhưng không cần dùng keo được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Màng PE hay còn gọi là màng Chit hoặc màng quấn Pallet. Đây là loại màng được sản xuất từ hạt nhựa PE (Polyethylene) nguyên sinh với cấu tạo phân tử của hạt là 1 loại hợp chất hữa cơ được với các nhóm etylen liên kết với nhau bằng các liên kết Hydro no. Hình 2.8: Màng nhựa PE phủ nhà lưới Màng PE lợp nhà kính khổ lớn được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp thổi nhiệt từ hạt nhựa pe sau đó cuộn vào lõi với độ mỏng đồng đều và đạt độ co dãn tốt, Có đặc tính như không thấm nước, chống bụi và côn trùng. Màng pe nhà kính hiện tại chủ yếu sử dụng tại việt nam có độ dày 120 -150 Micromet, Phù hợp với khí hậu và điều kiện thời tiết ở Việt Nam. Tính chất của màng PE:  Màng pe có màu trắng trong suốt (không màu), không mùi.  Không dẫn nhiệt, không dẫn điện, không cho không khí đi qua, bụi bẩn và vi khuẩn đi qua.  Độ bền cao, khả năng co dãn tốt (300%), chống thấm nước/dầu mỡ. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 29 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Nhiệt độ nóng chảy cao (120 °C), nhiệt độ hóa thủy tinh thấp (-100 °C). Ưu điểm nổi bật của màng PE phủ nhà lưới:  Bảo vệ cây trồng sinh học tránh khỏi các tác động của thời tiết khí hậu, Tạo môi trường có nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ổn định cho cây phat triển tốt có thể trồng quanh năm.  Các loại hoa, rau, quả trồng trong nhà nilon công nghệ cao cho năng suất, chất lượng cao hơn và mẫu mã hàng hoá đẹp mặt hơn.  Tránh được sử xâm hại từ các loại nấm mốc, côn trùng gây bệnh từ bên ngoài đảm bảo yếu tố an toàn thực phẩm, các tiêu chuẩn xuất khẩu.  Ngoài việc thi công lắp đặt nhà kính trồng cây nông nghiệp thì màng PE phủ nhà kính còn được sử dụng để làm nhà kính chăn nuôi; Lợp mái lấy sáng hay nhà kính nuôi tôm thủy sản. Vì thế mà mỗi nguyên lý lợp nhà kính sẽ khác nhau tùy theo khung lợp thực tế. 2.3.1.3 Màng lưới chuyên dụng Lưới chắn côn trùng được đan (dệt) bằng 4 phương pháp chính: dệt kiếm, dệt kim (tròn, bằng), dệt móc xà, dệt bao tròn Hình 2.9: Màng lưới chống cồn trùng Từ những sợi cước, chất lượng của lưới chống côn trùng được quyết định bởi chất lượng nhựa (keo) tạo nên sợi chỉ, hiện tại trên thị trường có 3 loại chính:  Nhựa đã qua xử lý (pha tạp chất, pha bột đá, pha thêm nhựa phế liệu) nhằm giảm giá thành. Loại lưới chắn côn trùng làm từ loại nhựa này thường nặng ký, cứng, tuổi thọ thấp (từ 6 – 12 tháng). SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 30 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Nhựa nguyên sinh (nhựa nhựa nguyên bản, nguyên chất) lưới chắn côn trùng làm từ loại nhựa này chất lượng khá cao, dai, bóng và tương đối ổn định về chất lượng. Tuy nhiên khả năng bền với thời tiết và khí hậu không cao lắm.  Nhựa nguyên sinh được phủ chất chống UV làm chất ổn định. Đây là loại nhựa cao cấp nhất hiện nay, với độ bền, dai, bóng của nhựa nguyên sinh, và lớp UV ổn định tăng rất nhiều khả năng kháng thời tiết và khí hậu. Đặc biệt dùng cho những vùng có khí hậu khắc nghiệt. Giúp bảo vệ cây trồng, hoa màu 1 cách tối ưu nhất. Lưới chắn côn trùng được làm từ loại nhựa này rất bền với thời tiết và khí hậu. Tuổi thọ từ 7-10 năm, tuy nhiên với giá thành khá cao nên loại lưới này chưa thật sự phổ biến tại Việt Nam. 2.3.2. Hệ thống chiếu sáng 2.3.2.1. Đèn ươm Các nhà khoa học thường phân các cây trồng theo ảnh hưởng của ánh sáng để ra hoa thành ba nhóm: nhóm cây ngày dài, nhóm cây ngày ngắn, nhóm cây trung tính (có thể ra hoa trong điều kiện ngày ngắn lẫn ngày dài, miễn sao cây có đủ độ sinh trưởng nhất định. Thời gian ban đêm là thời gian quyết định đến phản ứng ra hoa hoa của cây trồng. Vì thế, cây ngày dài là cây đêm ngắn, cây ngày ngắn là cây đêm dài. Dựa theo thời lượng ánh sáng để ra hoa của cây trồng nhà bạn để chọn đèn với công suất chiếu sáng thích hợp. Hình 2.10: Dãi ánh sáng quang phổ của đèn SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 31 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Màu xanh: Ánh sáng màu xanh được phát ra ở nhiệt độ màu từ 5000K đến 6000K hay các bước sóng từ 400 đến 500 nm, đây là màu sắc tốt nhất cho giai đoạn sinh trưởng cùng chu kỳ phát triển hay giai đoạn bắt đầu gieo hạt. Dải màu này giúp phát triển lá và kích thích việc sản xuất sắc tố thứ cấp trong lá, từ đó tăng màu sắc và hương thơm của thực vật, thích hợp sử dụng cho rau diếp và các loại cây trồng khác có sự tăng trưởng ngắn và dày đặc. Màu xanh lá: Ánh sáng màu xanh lá thường có bước sóng 540nm, được sử dụng trong chu kỳ tối của cây trồng vì nó không kích hoạt quá trình quang hợp, đặc biệt hữu ích nếu cây trồng của bạn cần thời gian vào ban đêm dài hơn thời gian vào ban ngày. Màu đỏ: Dải màu ánh sáng đỏ phát ra nhiệt độ màu từ 2000K đến 3000K với các bước sóng từ 640 đến 680 nm, thường sử dụng trong giai đoạn quan trọng nhất của cây, chính là lúc ra hoa. Ánh sáng đỏ thường dùng báo hiệu rằng không còn cây nào khác ở trên nó để có thể phát triển mà không bị cản trở, từ đó thúc đẩy sự phát triển của thân cây và chiều cao của toàn cây. Đặc biệt, chúng còn khuyến khích việc sản xuất chất diệp lục và trái cây, thích hợp sử dụng để kéo dài chu kỳ ánh sáng của nhóm cây dài ngày và ngược lại cho cây ngắn ngày. Hình 2.11: Đèn ươm tại công ty Minh Hòa 2.3.2.2. Đèn hỗ trợ tăng trưởng Tại Minh Hòa, Loại đèn đang được sử dụng để trợ sáng cho quá trình phát triển của rau là đèn pha Led SMD 200W . Đây là loại đèn pha Led sử dụng chip LED SMD cao cấp cho khả năng tiết kiệm điện tối đa. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 32 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2.12: Đèn pha led SMD 200W Đặc điểm của đèn: Trang bị chip Led SMD cho khả năng phát sáng liên tục với cường độ cao, tạo ánh sáng gần như ánh sáng ban ngày.  Quá trình chiếu sáng không chứa tia UV, tia cực tím nên không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.  Cấu tạo bằng nhôm cao cấp tản nhiệt siêu nhanh giúp tăng tuổi thọ của đèn Led pha công suất lớn này. Mặt trước cấu tạo bằng kính cường lực chống va đập.  Là dòng đèn Led ngoài trời nên khả năng chống bụi và chống nước tốt đạt tiêu chuẩn IP65. Thông số kỹ thuật của đèn pha Led 200W FL400-SMD:  Công suất: 200W  Kích thước: 420x320x100mm  Chip led 35mm siêu sáng  IP 66: Chống bụi, chịu nước.  Vỏ nhôm đúc, tản nhiệt nhanh. 2.3.3. Hệ thống phun sương, làm mát 2.3.3.1. Lọc nước và bơm cao áp SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 33 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối với nước được sử dụng phun sương làm mát tại Minh Hòa sẽ phải đi qua hai hệ thống lọc. Hệ thống lọc thô có nhiệm vụ lọc các tạp chất có kích thước lớn và trung bình. Hình 2.13: Hệ thống lọc thô Nước sau khi đi qua hệ thống lọc thô, sẽ đến hệ thống lọc tinh. Ở đây các tạp chất nhỏ hơn sẽ được loại bỏ và tạo cho nước độ tinh khiết cao hơn nước ban đầu. Hình 2.14: Hệ thống lọc tinh Nước qua hai lần lọc sẽ được máy bơm cao áp bơm đến các bét phun sương. 2.3.3.2. Quạt làm mát Với nhiệm vụ giúp không khí trong vườn rau được thoáng mát thì quạt được lựa chọn là loại có khả năng chống ẩm cao, công suất lớn. Để đảm bảo yêu cầu đó, thì loại quạt công nghiệp dạng treo đã được chọn. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 34 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2.15:Quạt làm mát Thông số kỹ thuật:  Thương hiệu: Super Win.  Công suất: 170W.  Điện áp: 220V.  Đường kính cánh quạt: 600 mm.  Tốc độ: 1400 vòng/phút. 2.3.4. Hệ thống chạy dinh dưỡng 2.3.4.1. Ống nhựa thủy canh Trên thị trường vật tư thủy canh hiện nay có nhiều loại ống trồng rau thủy canh như dạng tròn, chữ nhậtvà tại Minh Hòa đang sử dụng loại ống thủy canh lục giác. Hình 2.16: Ống thủy canh lục giác SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 35 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với loại ống này, khoảng cách của các cây được bố trí phù hợp là 20cm. Đây là khoảng cách phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của các loại rau, đảm bảo thông thoán và đủ ánh sáng cho cây phát triển đồng điều. 2.3.4.2. Ống dẫn dinh dưỡng  Đường ống cấp dinh dưỡng Từ máy bơm chính, dinh dưỡng được bơm qua ống dẫn có đường kính 60mm, sau đó sẽ chia ra các nhánh nhỏ với đường kính ống là 49mm đến các giàn thủy canh, từ đây dinh dưỡng sẽ theo ống dẫn lên đường kính 27mm và cuối cùng các ống cấp dinh dưỡng có đường kính 6mm sẽ đưa dinh dưỡng vào ống thủy canh lục giác. Hình 2. 17: Ống cấp dinh dưỡng  Đường ống hồi lưu dinh dưỡng về bồn chứa Với mỗi giàn thủy canh đều được thiết kế có độ nghiên nhất định với mục đích dinh dưỡng sẽ chảy theo một chiều từ ống cấp đến ống hồi lưu. Khi dinh dưỡng được cấp ở một đầu thì đầu còn lại sẽ là phần ống hồi lưu giúp đưa dinh dưỡng chảy về bồn chứa. Dinh dưỡng sẽ chảy từ giàn thủy canh đến một ống hình chữ nhật và từ đây dinh dưỡng theo đường ống có đường kính lần lược 60mm-90mm và 114mm để chảy về bồn chứa dinh dưỡng. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 36 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2. 18: Đường ống hồi lưu dinh dưỡng Dinh dưỡng sau khi đi từ ống cấp qua các bộ rễ của rau sẽ chảy về ống hồi lưu và sau đó sẽ chảy về bồn chứa. Mũi tên màu xanh ở hình 2.18 thể hiện đường đi của dinh dưỡng. 2.4. Thành phần hệ thống điều khiển 2.4.1. Arduino Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm. Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau. Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 37 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Arduino Mega 2560 Board mạch arduino mega 2560 là một mạch vi xử lý điều khiển bằng chip ATmega2560, một board như thế bao gồm:  54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)  4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),  1 thạch anh 16 MHz,  1 cổng kết nối USB,  1 jack cắm điện,  1 đầu ICSP,  1 nút reset. Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3. Hình 2.19: Arduino Mega 2560 Một số thành phần của arduino mega2560:  5 Chân GND. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 38 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  3 chân 5V.  1 chân 3.3v.  16 chân analog.  6 Chân lập trình ISP.  Và một số thành phần khác. Hình 2.20: Sơ đồ chân của Arduino Mega 2560 2.4.2. NODE MCU ESP8266 ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết bị điện tử. Điều đặc biệt của nó, đó là sự kết hợp của module Wifi tích hợp sẵn bên trong con vi điều khiển chính. Hiện nay, ESP8266 rất được giới nghiên cứu tự động hóa Việt Nam ưa chuộng vì giá thành cực kỳ rẻ, nhưng lại được tích hợp sẵn Wifi, bộ nhớ flash 8Mb. Hình 2. 21: Node MCU 0.9 (ESP-12 Module) ESP8266 có nhiều phiên bản và được đóng gói theo nhiều cách khác nhau, tuy nhiên nó lại khá giống nhau về chức năng và khả năng lập trình. Trên thị trường SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 39 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU phổ biến nhất hiện nay là ESP8266v1, ESP8266v7 và ESP8266v12. Các mạch này được đóng gói theo nhiều cách khá...ectron nhưng phần mềm này không phải là một bản khác của Atom, nó thực ra được dựa trên trình biên tập của Visual Studio Online (tên mã là "Monaco"). Trong cuộc khảo sát vào năm 2018 trên Stack Overflow, Visual Studio Code được xếp hạng là trình biên tập mã phổ biến nhất, với 34.9% của 75398 người trả lời tuyên bố sử dụng nó. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 70 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2.60: Logo Visual Studio Code Visual Studio Code là một trình biên tập mã. Nó hỗ trợ nhiều ngôn ngữ và chức năng tùy vào ngôn ngữ sử dụng. Nhiều chức năng của Visual Studio Code không hiển thị ra trong các menu tùy chọn hay giao diện người dùng. Thay vào đó, chúng được gọi thông qua khung nhập lệnh hoặc qua một tập tin .json (ví dụ như tập tin tùy chỉnh của người dùng). Khung nhập lệnh là một giao diện theo dòng lệnh. Tuy nhiên, nó biến mất khi người dùng nhấp bất cứ nơi nào khác, hoặc nhấn tổ hợp phím để tương tác với một cái gì đó ở bên ngoài đó. Tương tự như vậy với những dòng lệnh tốn nhiều thời gian để xử lý. Khi thực hiện những điều trên thì quá trình xử lý dòng lệnh đó sẽ bị hủy. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 71 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1. Bản vẽ bố trí, mặt bằng 3.1.1. Mặt bằng tổng thể. Diện tích khu trồng rau thủy canh: 1400 mét vuông. Sản lượng: 4 tấn/tháng. Hình 3.1: Mô phỏng nhà màng 3.1.2. Bố trí mô phỏng Hình 3.2: Bố trí giàn thủy canh Trong vườn thủy canh được bố trí thành 3 khu vực: 1. Giàn ươm giống sơ cấp. 2. Giàn chạy dinh dưỡng thứ cấp. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 72 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3. Giàn chạy dinh dưỡng thường xuyên. Ở giàn 1 các rọ hạt giống được giữ ẩm bằng cách phun sương lên bề mặt giá thể và hỗ trợ tăng trưởng bằng đèn led. Sau khi được khoảng ba lá mầm thì rau sẽ được chuyển sang giàn 2 cho chạy dinh dưỡng theo chu kỳ (sáng 2 giờ, chiều 2 giờ). Tiếp theo, khi rau được 12-15 ngày tuổi sẽ được chuyển sang giàn 3 chạy dinh dưỡng thường xuyên. Và rau sẽ được nuôi ở giàn này cho đến khi thu hoạch. Hình 3.3: Khoảng cách bố trí rau Các cây rau được bố trí cách nhau 20 cm tính từ gốc, đây là khoảng cách phù hợp cho cây phát triển, thông thoáng và nhận đủ lượng ánh sáng. 3.2. Bố trí cảm biến Để đạt được kết quả đo chính xác, tủ điện được đặt ở vị trí trung tâm của vườn rau, vì thế các cảm biến không bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khách quan. Hình 3.4: Bố trí cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 73 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.5: Cảm biến TDS và nhiệt độ dung dịch Cảm biến nồng độ hòa tan chất rắn và cảm biến nhiệt độ dung dịch được đặc trực tiếp vào ống dinh dưỡng thủy canh. 3.3. Tủ điện Tủ điện được thiết kế gồm màn hình LCD (White on Blue) 16x2, đèn báo nguồn, nút ấn điều khiển, led báo trạng thái, nút reset và khóa tủ an toàn. Hình 3.6: Tủ điện thực tế Với màn hình LCD sẽ hiển thị cho ta biết các thông số môi trường mà cảm biến thu thập được như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, cường độ ánh sáng, TDS, nhiệt độ dung dịch. Bên cạnh đó, màn hình còn hiển thị chế độ và thông số khi ta ấn SET. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 74 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.7: Mạch điện bên trong tủ Hình 3.8: Bàn phím điều khiển Khi khởi động tủ điện bằng việc cấp nguồn, mặc định chế độ hoạt động là “Auto”, lúc này khi ấn các nút điều khiển thiết bị thì tủ sẽ không thực hiện bất kỳ hành động nào. 3.4. Sơ đồ vận hành thiết bị 3.4.1. Sơ đồ điều khiển quạt và mái che Nhằm giúp kiểm soát nhiệt độ của môi trường, các quạt tại vườn rau thủy canh được cài đặt nhiệt độ để tự động vận hành mang lại hiệu quả cao về năng suất. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 75 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3. 9: Sơ đồ điều khiển quạt và mái che tự động. Khi bắt đầu, Arduino sẽ tiến hành đọc dữ liệu nhiệt độ từ cảm biến DHT21, sau đó sử dụng dữ liệu này để so sánh với thông số đã cài đặt trước. Nếu dữ liệu đọc được lớn hơn hoặc bằng 35°C thì sẽ bật thiết bị, đồng thời lúc này Arduino sẽ gửi một chuỗi JSON đến ESP8266 để cập nhật thông số môi trường và trạng thái thiết bị để hiển thị trên web. Đến khi nhiệt độ nhỏ hơn hoặc bằng 32°C thì quạt và mái che sẽ tự động tắt và Arduino cũng sẽ gửi chuỗi JSON đến ESP8266 thực hiện việc tương tự. Hình 3. 10: Quạt làm mát SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 76 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.4.2. Sơ đồ điều khiển phun sương Độ ẩm môi trường ảnh hưởng nhiều đến việc sinh trưởng và phát triển của các loại rau thủy canh. Nên việc điều tiết độ ẩm rất quan trọng. Hình 3.11: Sơ đồ điều khiển phun sương tự động Arduino sẽ tiến hành đọc dữ liệu độ ẩm từ cảm biến DHT21, sau đó sử dụng dữ liệu này để so sánh với thông số đã cài đặt trước. Nếu dữ liệu đọc được nhỏ hơn hoặc bằng 65% thì sẽ bật máy bơm phun sương, đồng thời lúc này Arduino sẽ gửi một chuỗi JSON đến ESP8266 để cập nhật thông số môi trường và trạng thái thiết bị để hiển thị trên web. Đến khi độ ẩm lớn hơn hoặc bằng 75% thì máy bơm sẽ tự động tắt và Arduino cũng sẽ gửi chuỗi JSON đến ESP8266 thực hiện việc tương tự. 3.5. Thiết lập kết nối linh kiện 3.5.1. Danh sách linh kiện Bảng 3. 1: Danh sách linh kiện STT Tên Số lượng 1 Tủ điện 20x30 cm 2 2 Đèn báo nguồn xoay chiều 1 3 Arduino Mega 2560 1 4 NODE MCU ESP8266 1 5 Màn hình LCD Grove White on Blue 1 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 77 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 6 Bàn phím mềm 1x4 2 7 Cảm biến DHT21 1 8 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 1 9 Cảm biến ánh sáng BH1750 1 10 Cảm biến TDS 1 11 Module 4 relay kích mức thấp 1 12 Công tắc hành trình 2 13 Công tắc tơ 5 3.5.2. Đấu nối cảm biến và các module Hình 3.12: Arduino kết nối với BH1750 Hình 3. 13: Arduino kết nối cảm biến TDS SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 78 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.5.3. Bảng kết nối tổng hợp Bảng 3. 2: Kết nối linh kiện Cảm biến/Module Chân Arduino Mega 2560 D1 10 NODE MCU ESP8266 D2 11 GND GND Vcc Vcc Cảm biến DHT21 GND GND Data Digital 12 Vcc Vcc GND GND Cảm biến BH1750 SCL SCL SDA SDA Vcc Vcc Cảm biến TDS GND GND Data Analog 4 Vcc Vcc Cảm biến DS18B20 GND GND Data Digital 30 1 GND 2/Quạt Digital 18 Bàn phím điều khiển 3/Đèn Digital 19 4/Mái che Digital 2 5/Phun sương Digital 3 1 GND 2/SET Analog 0 Bàn phím cài đặt 3/MODE/OK Analog 1 4/+ Analog 2 5/- Analog 3 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 79 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Vcc Vcc GND GND IN 1 Digital 4 Module relay IN 2 Digital 5 IN 3 Digital 6 IN 4 Digital 7 3.5.4. Mạch in kết nối linh kiện Hình 3.14: Mạch in của hệ thống Để các kết nối được thuận tiện, dễ dàng hơn thì sơ đồ mạch được vẽ bằng phần mềm Proteus 8.0. Mạch in đáp ứng các yêu cầu như nhỏ gọn, tiết kiệm vật liệu và đảm bảo mạch hoạt động ổn định. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 80 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lí của toàn hệ thống Với sơ đồ nguyên lí, chúng ta sẽ có cái nhìn tổng quan về hoạt động kết nối và truyền tín hiệu giữa các module, các linh kiện. 3.6. Hệ thống giám sát và điều khiển 3.6.1. WebSocket – giao tiếp hai chiều giữa client và server  Tìm hiểu WebSocket WebSoket là công nghệ hỗ trợ giao tiếp hai chiều giữa client và server bằng cách sử dụng một TCP socket để tạo một kết nối hiệu quả và ít tốn kém. Mặc dù được thiết kế để chuyên sử dụng cho các ứng dụng web, lập trình viên vẫn có thể đưa chúng vào bất kì loại ứng dụng nào. WebSockets mới xuất hiện trong HTML5, là một kỹ thuật Reverse Ajax. WebSockets cho phép các kênh giao tiếp song song hai chiều và hiện đã được hỗ trợ trong nhiều trình duyệt (Firefox, Google Chrome và Safari). Kết nối được mở thông qua một HTTP request (yêu cầu HTTP), được gọi là liên kết WebSockets với những header đặc biệt. Kết nối được duy trì để bạn có thể viết và nhận dữ liệu bằng JavaScript như khi bạn đang sử dụng một TCP socket đơn thuần. Dữ liệu truyền tải thông qua giao thức HTTP (thường dùng với kĩ thuật Ajax) chứa nhiều dữ liệu không cần thiết trong phần header. Một header request/response của HTTP có kích thước khoảng 871 byte, trong khi với WebSocket, kích thước này chỉ là 2 byte (sau khi đã kết nối). Vậy giả sử bạn làm một ứng dụng game có thể tới 10,000 người chơi đăng nhập cùng lúc, và mỗi giây họ sẽ gửi/nhận dữ liệu từ server. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 81 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Ưu điểm WebSockets cung cấp khả năng giao tiếp hai chiều mạnh mẽ, có độ trễ thấp và dễ xử lý lỗi. Không cần phải có nhiều kết nối như phương pháp Comet long- polling và cũng không có những nhược điểm như Comet streaming. API cũng rất dễ sử dụng trực tiếp mà không cần bất kỳ các tầng bổ sung nào, so với Comet, thường đòi hỏi một thư viện tốt để xử lý kết nối lại, thời gian chờ timeout, các Ajax request (yêu cầu Ajax), các tin báo nhận và các dạng truyền tải tùy chọn khác nhau (Ajax long-polling và jsonp polling). Nhược điểm Nó là một đặc tả mới của HTML5, nên nó vẫn chưa có được sự hỗ trợ từ tất cả các trình duyệt. Không có phạm vi yêu cầu nào. Do WebSocket là một TCP socket chứ không phải là HTTP request, nên không dễ sử dụng các dịch vụ có phạm vi-yêu cầu, như SessionInViewFilter của Hibernate. Hibernate là một framework kinh điển cung cấp một bộ lọc xung quanh một HTTP request. Khi bắt đầu một request, nó sẽ thiết lập một contest (chứa các transaction và liên kết JDBC) được ràng buộc với luồng request. Khi request đó kết thúc, bộ lọc hủy bỏ contest này.  Mô hình Socket Server và Socket Client Chúng ta sẽ sử dụng NodeJS để lập trình cho một server được cài NodeJS nằm ngoài Internet. Máy chủ này sẽ tiếp nhận mọi yêu cầu từ Socket Client và sẽ là môi giới liên lạc giữa các Socket Client. Các Socket Client có thể là mạch ESP8266 hay là người dùng sử dụng trình duyệt web (trên điện thoại thông minh hoặc trên máy tính điện tử). SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 82 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.16: Mô hình liên kết giữa Socket Server và Socket Client Mô hình liên kết như hình 3.17 cho ta thấy chúng được chia thành 3 tầng:  Tầng cao nhất là Socket Server – gọi là tầng Server.  Tầng giữa gồm ESP8266 và trình duyệt – gọi là tầng Client.  Tầng dưới cùng là Arduino – gọi là tầng Application. Phương thức giao tiếp, kết nối giữa Server và Client là Internet thông qua các gói dữ liệu được truyền ở dạng chuỗi JSON. Giao tiếp giữa tầng Client và Application được thực hiện bởi cổng Serial. Hình 3.17: Cấu trúc hoạt động của Server – Client SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 83 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Cấu trúc hoạt động Server – Client được chia thành 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: Server tạo Socket, gán số hiệu cổng và lắng nghe yêu cầu nối kết. Server sẵn sàng phục vụ Client.socket(): Server yêu cầu tạo một socket để có thể sử dụng các dịch vụ của tầng vận chuyển.  bind(): Server yêu cầu gán số hiệu cổng (port) cho socket.  listen(): Server lắng nghe các yêu cầu nối kết từ các client trên cổng đã được gán. Giai đoạn 2: Client tạo Socket, yêu cầu thiết lập một nối kết với Server.  socket(): Client yêu cầu tạo một socket để có thể sử dụng các dịch vụ của tầng vận chuyển, thông thường hệ thống tự động gán một số hiệu cổng còn rảnh cho socket của Client.  connect(): Client gởi yêu cầu nối kết đến server có địa chỉ IP và Port xác định.  accept(): Server chấp nhận nối kết của client, khi đó một kênh giao tiếp ảo được hình thành, Client và server có thể trao đổi thông tin với nhau thông qua kênh ảo này. Giai đoạn 3: Trao đổi thông tin giữa Client và Server.  Sau khi chấp nhận yêu cầu nối kết, thông thường server thực hiện lệnh read() và nghẽn cho đến khi có thông điệp yêu cầu (Request Message) từ client gởi đến.  Server phân tích và thực thi yêu cầu. Kết quả sẽ được gởi về client bằng lệnh write().  Sau khi gởi yêu cầu bằng lệnh write(), client chờ nhận thông điệp kết quả (ReplyMessage) từ server bằng lệnh read(). SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 84 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Giai đoạn 4: Kết thúc phiên làm việc.  Các câu lệnh read(), write() có thể được thưc hiện nhiều lần (ký hiệu bằng hình ellipse).  Kênh ảo sẽ bị xóa khi Server hoặc Client đóng socket bằng lệnh close(). 3.6.2. Tạo dự án Node JS Sau khi đã cài Nodejs, chúng ta tiến hành các bước sau: Mở hộp thoại Run bằng cách ấn tổ hợp phím Windown+R, sau đó gõ lệnh “cmd” để bật cửa sổ Command line Hình 3.18: Hộp thoại Run Hình 3.19: Cửa sổ Command line Sau đó gõ vào lệnh: npm install để tiến hành cài đặc project. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 85 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.20: Tiến trình khởi tạo project 3.6.3. Tạo Socket Server và Socket Client 3.6.3.1 Socket Server Hình 3.21: Code tạo Socket Server Sử dụng Sublime Text 3 để thực hiện viết code khởi tạo Socket Server. Sau khi đã tạo Socket Server, để chạy được chúng ta thực hiện:  Nhấn chuột phải vào thư mục chứ file index.js.  Chọn Git Bash Here.  Gõ lệnh: node index.js SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 86 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.22: Chọn Git Bash Here Hình 3.23: Chạy Socket Server Khi nhận được thông báo: “Server nodejs chay tai dia chi: 192.168.1.5:3484” tức là Server đã được tạo tại địa chỉ 192.168.1.5 và đang lắng nghe ở port 3484, đợi có Client “request” sẽ chấp nhận truy cập. 3.6.3.2 Socket Client Để tiến hành tạo socket client, chúng ta thực hiện viết code cho esp8266 với chương trình Arduino IDE. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 87 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.24: Một đoạn code tạo socket client Đối với chương trình chúng ta cần lưu ý phần char host[]= “192.168.43.218”. Vì khi chạy ở local mới sử dụng đoạn code này (chạy trong wifi nội bộ) và phần “192.168.43.218” là địa chỉ IP4 của máy tính khi kết nối wifi. Địa chỉ IP4 này mỗi máy mỗi khác nên cần kiểm tra lại. Khi đã up dự án lên Heroku thì phần char host[] này sẽ điền vào địa chỉ web thay vì địa chỉ IP4. 3.6.3.3 Package cần thiết cho dự án. Tùy thuộc vào các chức năng bạn muốn có trong dự án thì sẽ cài đặc các package cần thiết. Trong dự án này, các chức năng bao gồm:  Client kết nối với Server.  Tạo Webapp.  Kết nối Firebase.  Cho trình duyệt web cả máy tính và điện thoại kết nối Webapp. Vì vậy các Package cần thiết chứa trong file Package.json được thể hiện ở hình 3.26 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 88 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.25: Các package sử dụng trong dự án 3.6.4. Lập trình giao diện HTML 3.6.4.1 Giao diện đăng nhập Hình 3.26: Giao diện đăng nhập vào trang web Để đảm bảo chỉ có những người có trách nhiệm chăm sóc vườn rau mới có thể truy cập vào hệ thống, việc tạo tài khoản đăng nhập là cần thiết. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 89 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Tại giao diện đăng nhập, người dùng phải nhập đúng Username và Password đặt trước mới có thể truy cập vào các trang tiếp theo. Nếu nhập sai sẽ được trang thông báo “Bạn nhập sai tên đăng nhập hoặc mật khẩu!”. Hình 3.27: Code Webapp cho phần thông báo đăng nhập 3.6.4.2 Giao diện trang chủ Hình 3.28: Giao diện tab Trang chủ Để có giao diện trên, chúng ta sẽ áp dụng một style CSS để phân các vùng như: #main, #head, #head_logo, #left, #content, #right, #footerSau đó kết hợp với ngôn ngứ HTML để tạo ra một giao diện cân đối giữa các phần. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 90 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.29: Code CSS định dạng style Hình 3.30: Code HTML cho tab Trang chủ 3.6.4.3 Giao diện tab “Công ty” Minh Hòa là một công ty chuyên về trồng rau thủy canh công nghệ cao, cho nên nhu cầu về thu thập dữ liệu môi trường và tự động điều chỉnh các thông số đó là rất cần thiết. Đây cũng là công ty tài trợ chính cho luận văn. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 91 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.31: Giao diện tab Công ty Ở tab này, các nội dung thể hiện bao gồm logo, tên và địa chỉ công ty, các video và hình ảnh thể hiện quá trình trồng và chăm sóc rau, chia sẻ kinh nghiệm với các nông dân và đối tác. Hình 3.32: Code HTML cho tab Công ty 3.6.4.4 Giao diện tab “Điều khiển” Tab Điều khiển có thể coi là tab quan trọng và khó viết code nhất vì nó là tab chứa các thông số real time, điều khiển các thiết bị với các sự kiện. Bên cạnh đó ở tab này ngoài CSS và HTML thì còn sử dụng ngôn ngữ Angular. Giao diện ở tab này được thiết kế đơn giản, thân thiện với người dùng, dễ theo dõi các thông số cũng như thuận tiện trong việc điều khiển các thiết bị. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 92 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.33: Giao diện tab Điều khiển Ở tab này, chúng ta có thể quan sát thấy các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sángđang được cập nhật theo thời gian thực. Ở phần bảng điều khiển thể hiển hai chế độ là “Auto” cho chế độ chạy tự động theo các thông số đã cài đặt trước, hai là “Manual” cho chế độ điều khiển thủ công. Khi đang ở chế độ “Auto” nếu chúng ta check vào các ô điều khiển thì không có chuyện gì xảy ra. Những ô này sẽ điều khiển được nếu chúng ta chọn chế độ “Manual”. Khi check vào các ô này, trạng thái sẽ thay đổi theo. Ngoài ra nút “Cập nhật” có nhiệm vụ đồng bộ các sự kiện ở các Client khác nhau và đồng thời làm mới dữ liệu. Hình 3.34: Code HTML kết hợp Angular của tab “Điều khiển” SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 93 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.6.4.5 Giao diện tab Biểu đồ Tại tab biểu đồ này, chúng ta sẽ kết nối với Firebase để upload dữ liệu. Dữ liệu này được tạo ra bằng cách đăng ký một tài khoảng trên Firebase và tạo một dự án. Phần này sẽ được hướng dẫn tại mục 3.6.7. Dữ liệu sẽ được thu thập từ Arduino truyền đến ESP8266 và từ đây dữ liệu sẽ được upload lên Firebase. Dữ liệu này sẽ được cập nhật mỗi ba phút một lần. Hình 3.35: Biểu đồ nhiệt độ không khí Hình 3.36: Biểu đồ độ ẩm không khí SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 94 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.37: Biểu đồ cường độ ánh sáng Hình 3.38: Biểu đồ nhiệt độ dung dịch Hình 3.39: Biểu đồ nồng độ hòa tan chất rắn (TDS) 3.6.4.6 Lập trình Webapp Webapp là phần cực kỳ quan trọng, nó đóng vai trò như hệ thần kinh của cả trang web. Để dễ hiểu, chúng ta có thể xem các phần lập trình HTML, CSS chính là phần sườn, các bộ phận của một cơ thể còn Webapp là hệ thần kinh, kết nối tất cả SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 95 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG lại với nhau, thực hiện các tác vụ gửi nhận chuỗi JSON để hiển thị thông số và điều khiển thiết bị. Hình 3.40: Code Webapp Hình 3.41: Đoạn code Webapp chọn chế độ “Auto” 3.6.5. Đăng kí dự án trên Heroku Để bắt đầu sử dụng nền tảng đám mây Heroku, chúng ta sẽ thực hiện đăng ký tài khoảng để kích hoạt và sử dụng dịch vụ. Bước 1: Truy cập trang web Heroku.com và bắt đầu tạo tài khoản. - Khi truy cập vào web, chúng ta chọn “Sign up” - Thực hiện điền đầy đủ các thông tin đăng kí như hình 3.43 SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 96 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.42: Giao diện đăng ký tài khoản Heroku Bước 2: Kiểm tra Mail để kích hoạt tài khoản. Hình 3.43: Mail xác nhận kích hoạt từ Heroku Khi nhận được mail và thực hiện xác nhận thì chúng ta đã có thể sử dụng nền tảng đám mây Heroku. Bước 3: Tạo một dự án mới - Trong giao diện trang chủ của Heroku chọn “New project” SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 97 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG - Thực hiện đặt tên và chọn “Create app” Hình 3.44: Dự án sau khi đăng ký 3.6.6. Đưa dự án lên Heroku Để đưa dự án lên nền tảng đám mây Heroku, đầu tiên cài đặt phần mềm Heroku CLI. Sau đó mở cửa sổ lệnh Command Prompt và đăng nhập vào Heroku bằng tài khoản đã tạo. Thực hiện các lệnh lần lượt: - $ heroku login - $ cd my-project/ - $ heroku git:clone -a smart-farm-hydroponic - $ cd smart-farm-hydroponic Hình 3.45: Đăng nhập Heroku từ Command Prompt Tiến hành đưa ứng dụng lên Heroku Sau khi đăng nhập, tiếp tục thực hiện các lệnh - $ git add . SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 98 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG - $ git commit -am "make it better" - $ git push heroku master Hình 3.46: Các lệnh upload dự án 3.6.7. Đăng kí Firebase và kết nối dữ liệu Để Webapp có thể nhận dữ liệu từ Firebase, chúng ta cần tạo một tài khoản Firebase để thực hiện kết nối dữ liệu. Bước 1: Truy cập vào trang web Bước 2: Đăng nhập bằng tài khoảng Google. Bước 3: Cấp quyền truy cập cho tài khoản. Bước 4: Sau khi đăng nhập, truy cập vào Firebase Console. Bước 5: Chọn “Add a project” để tạo một dự án mới. Hình 3.47: Thêm dự án trên Firebase SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 99 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.48: Giao diện khi tạo dự án thành công Bước 6: Chọn mục “Project overview” và sau đó là “Project settings” để xem các thông số. Hình 3.49: Thông số dự án Bước 7: Điền các thông số vào Webapp để thực hiện kết nối Firebase. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 100 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG Hình 3.50: Các thông số của Firebase trên Webapp Như vậy, việc kết nối dữ liệu giữa Webapp và Firebase đã được hoàn thiện. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 101 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết quả Sau quá trình thực hiện đề tài thì hệ thống được hoàn thành và được đưa vào chạy thử nghiệm tại vườn rau thủy canh – công ty Minh Hòa. Thiết kế hoàn chỉnh tủ điện và hệ thống trang web điều khiển. Hệ thống hoạt động ở hai chế độ tự động và tay. Có thể giám sát thông số môi trường và thực hiện tác vụ điều khiển trên:  Tủ điện, bàn phím vật lý.  Trình duyệt web truy cập từ điện thoại thông minh hoặc máy tính. Thông số được cập nhật theo thời gian thực và hiển thị dưới dạng biểu đồ dễ giám sát và xử lí số liệu. Hình 4. 1: Hệ thống được lắp đặt thực tế Các cảm biến của hệ thống được lắp đặt nơi thông thoáng để đảm bảo các số liệu có tính chính xác cao. Tủ điện được cố định chắc chắn, tủ điện có ổ khóa để đảm bảo tính an toàn về điện. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 102 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 2: Sơ đồ hoạt động của hệ thống Sơ đồ hoạt động của hệ thống được mô tả ngắn gọn như sau: Khi các điều kiện môi trường tác động vào cảm biến thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu này đến Arduino Mega 2560 để xử lí. Các thông số này được so sánh với các thông số đã được cài đặt trước và sẽ thực hiện điều khiển các thiết bị chấp hành qua module relay 5V. Các số liệu này sẽ được gửi đến ESP8266 qua cổng serial, và ESP8266 sẽ đưa số liệu hiển thị trên web, giao tiếp hai chiều với server. Hình 4. 3: Tủ điện nhìn từ bên ngoài SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 103 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Với diện tích 20x30 cm, tủ điện có một màn hình LCD 16x2 White on Blue hiển thị các thông số mô trường và các thông số cài đặt. Hình 4. 4: Bộ phận bên trong tủ điện Các phần bên trong tủ điện gồm có Arduino Mega 2560, Node MCU ESP8266, các module chuyển tín hiệu cảm biến, domino 220V Hiển thị các thông số: Hình 4. 5: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 104 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Nhiệt độ và độ ẩm được hiển thị trên LCD với đơn vị lần lượt là oC (độ C) và % (Phần trăm). Hình 4. 6: Thông số hiển thị trên web Giao diện được thiết kế thân thiện với người dùng, dễ sử dụng và giám sát. Thể hiện rõ các thông số, trạng thái thiết bị. 4.2. Hướng dẫn sử dụng với bàn phím 4.2.1. Chuyển chế độ Với hệ thống khi mới khởi động sẽ được đặt mặc định chế độ tự động, các thiết bị sẽ được điều khiển với các thông số cài đặt trước. Các bước chuyển chế độ: Bước 1: Ấn nút SET để chuyển màn hình LCD đến phần “CAI DAT” SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 105 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 7: Màn hình cài đặt Bước 2: Ấn nút OK, màn hình sẽ chuyển đến phần chọn chế độ Hình 4. 8: Chọn chế độ Bước 3: Ấn nút “=>/+” để thực hiện chuyển từ chế độ “AUTO” sang “MANUAL” SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 106 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 9: Chế độ Manual Bước 4: Ấn “OK” để hoàn thành cài đặt. Sau khi chuyển chế độ, chúng ta có thể thực hiện điều khiển các thiết bị bằng nút ấn trên tủ điện. Thực hiện điều khiển quạt: Hình 4. 10: Điều khiển quạt Chỉ cần ấn nút quạt, tín hiệu được gửi để thực hiện tác vụ bật quạt và đèn báo trạng thái quạt cũng sẽ bật. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 107 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 11: Quạt đang hoạt động 4.2.2. Cài đặt thông số Với việc thời tiết thay đổi theo mùa và bên cạnh đó các giai đoạn phát triển của cây sẽ cần các thông số khác nhau để phát triển, nên việc thay đổi thông số mặc định điều khiển các thiết bị chạy chế độ tự động là cần thiết. Bước 1: Ấn nút SET để chuyển đến phần CAI DAT THONG SO. Hình 4. 12: Cài đặt thông số Bước 2: Ấn OK để chuyển đến phần cài đặt Ở phần cài đặt này, chúng ta sẽ thực hiện điều chỉnh được hai thông số cơ bản là: SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 108 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ “NHIET DO MAX”: Khi nhiệt độ đạt giá trị này quạt và mái che sẽ hoạt động cho đến khi nhiệt độ thích hợp sẽ tự động tắt. “DO AM MIN”: Khi độ ẩm bằng giá trị này thì phun sương sẽ hoạt động. Hình 4. 13:Thông số ban đầu Bước 3: Ấn nút “+” hoặc “-” để thực hiện tăng hoặc giảm các giá trị. Hình 4. 14: Thông số đã được thay đổi Bước 4: Ấn OK để lưu các thông số. Như vậy chúng ta đã lưu lại các thông số cài đặt và các thiết bị sẽ vận hành theo các dữ liệu vừa thiết lập. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 109 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 15: Giao diện biểu đồ xem từ điện thoại Vì được thiết kế phù hợp với đa số các loại trình duyệt nên giao diện giữa điện thoại và máy tính không có sự khác nhau về nội dung. Sự khác biệt ở đây chỉ nằm ở kích thước hiển thị. Hình 4. 16: Giao diện đăng nhập từ điện thoại SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 110 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 17: Giao diện đăng nhập từ máy tính 4.3. So sánh hệ thống. Hiện tại, tại công ty Minh Hòa đang sử dụng hệ thống cảm biến giám sát và thống kê số liệu của một công ty SmartLogic - Nhật Bản, hệ thống này khi so sánh với đề tài sẽ có nhiều ưu điểm như:  Cảm biến không dây, nhỏ gọn, sử dụng pin.  Sử dụng server riêng để lưu trữ dữ liệu.  Thống kê số liệu theo ngày, tháng, năm. Hình 4. 18: Cảm biến SmartLogic SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 111 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 19: SmartLogic nhìn gần Khuyết điểm:  Hệ thống này không có phần điều khiển thiết bị chấp hành.  Cảm biến chỉ đo được các thông số của môi trường không khí.  Khó khăn khi thay thế linh kiện vì là hàng nhập khẩu.  Giá thành cao – 50 triệu cho 1 hệ thống. Hình 4. 20: Biểu đồ dữ liệu trong 12 tiếng của SmartLogic SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 112 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ Hình 4. 21: Biểu đồ dữ liệu trong 1 tuần của SmartLogic Hình 4. 22:Giao diện biểu đồ của đề tài SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 113 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 4.4. Lợi ích mang lại của hệ thống Giám sát được điều kiện của vườn rau theo thời gian thực, giúp người dùng dễ dàng quản lí dù ở bất cứ đâu với điều kiện điện thoại hoặc máy tính có kết nối internet. Điều khiển các thiết bị chấp hành thông qua hệ thống IoT giúp tiết kiệm thời gian, nhân công và mang lại an toàn cho người vận hành. 4.5. Kiến nghị Hiện tại, hệ thống đang sử dụng các loại cảm biến phổ thông, giá thành thấp nên độ chính xác chỉ ở mức tương đối vì thế cần thay bằng các cảm biến không dây chuyên dụng chất lượng cao trong môi trường trồng rau thủy canh. Bổ sung thêm các cảm biến thu thập các thông số như nồng độ CO2 , pH trong dung dịch như thế sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong việc canh tác, đạt hiệu quả cao và tăng năng suất. Sử dụng server riêng để lưu trữ dữ liệu, tránh trường hợp hệ thống chạy chậm, tăng tốc độ truyền tín hiệu, làm giảm độ trễ thiết bị. Thêm các tính năng cho hệ thống tủ điện và web server như: thực hiện cài đặt hẹn giờ hoạt động cho các thiết bị chấp hành, giám sát camera. Tăng độ bảo mật, phân quyền truy cập hướng tới việc không bị xung đột giữa các thiết bị truy cập và đảm bảo an toàn cho hệ thống không bị kẻ xấu xâm nhập. SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IoT Maker VietNam, (2018) Internet of Things cho người mới bắt đầu. [2] Lê Mỹ Hà, Phạm Quang Huy, (2017) Lập trình IoT với Arduino, nhà xuất bản Thanh Niên. [3] Nguyễn Lê Quốc Tính, Nguyễn Quốc Thắng, (2019) Nghiên cứu thiết kế mô hình vườn rau thông minh. Website: [4] [5] https://www.arduino.cc/ [5] https://github.com/ [6] https://www.wikipedia.org/ [7] https://hshop.vn/products/ [8] https://fdc.nal.usda.gov/ [9] https://nodejs.org/en/ [10] [11] https://medium.com/@o.lourme [12] https://medium.com/@o.lourme/our-IoT-journey-through-esp8266- firebase-angular-and-plotly-js-part-1-a07db495ac5f (Ngày đăng: 9/8/2018) [13] https://medium.com/@o.lourme/our-IoT-journey-through-esp8266- firebase-angular-and-plotly-js-part-2-14b0609d3f5e (Ngày đăng: 23/10/2018) [14] https://medium.com/@o.lourme/our-IoT-journey-through-esp8266- firebase-angular-and-plotly-js-part-3-644048e90ca4 (Ngày đăng: 12/12/2018) [15] https://khoahocphattrien.vn/suc-khoe/ky-thuat-trong-va-cham-soc-cai- xoan-kale-trong-thung-xop/2017040511432528p1c784.htm [16] https://thuycanhmiennam.com.vn/cach-trong-rau-cai-thuy-canh-nhu- the-nao-de-dat-hieu-qua-cao SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 115 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Mã nguồn: https://drive.google.com/file/d/1ij4wR9o99cbT3oU5ODPTdckpranUTPQj/view?us p=sharing Link truy cập web: Mã QR truy cập web: SVTH: NGUYỄN XUÂN VINH 116