Ứng dụng iot trong nông nghiệp hệ thống tự động chăm sóc cây trồng tưới tiêu thông minh, giám sát điều kiện môi trường cây trồng từ xa và điều khiển thông qua smart phone
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.06 MB, 107 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG IoT TRONG NÔNG NGHIỆP: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
CHĂM SÓC CÂY TRỒNG TƯỚI TIÊU THÔNG MINH, GIÁM SÁT
ĐIỆU KIỆN MÔI TRƯỜNG CÂY TRỒNG TỪ XA VÀ ĐIỀU KHIỂN
THÔNG QUA SMART PHONE
Giảng viên hướng dẫn : ThS.HOÀNG ANH DŨNG
Sinh viên thực hiện
: NGUYỄN HỮU PHI
Lớp
: K16A
Khoá
: 2013-2017
Hệ
: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Hà Nội, 5/2017
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
KHOA CN ĐIỆN TỬ – THÔNG TIN
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Phi
Lớp: K16A
Khoá:16 (2013-2017)
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thông
Hệ đào tạo: ĐHCQ
1/ Tên đề tài đồ án tốt nghiệp đại học:
Ứng dụng iot trong nông nghiệp: hệ thống tự động chăm sóc cây trồng tưới
tiêu thông minh, giám sát điệu kiện môi trường cây trồng từ xa và điều
khiển thông qua smart phone
2/ Nội dung chính:
1. Đặt vấn đề và mục đích của đồ án.
2. Xây dựng tổng quan lí thuyết của đề tài.
3. Xây dựng thiết kế mô hình sản phẩm của đề tài.
4. Thực hiện làm sản phẩm cho đề tài.
5. Áp dụng, thử nghiệp thực tế sản phẩm
3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu
1. Các kiến thức kĩ thuật điện tử, lập trình
2. Một số tài liệu tham khảo trong và ngoài nước
4/ Ngày giao :13 /02/2017
5/ Ngày nộp: 19/5/2017
TRƯỞNG KHOA
(Ký, ghi rõ họ tên)
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
LỜI MỞ ĐẦU
Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng
công nghệ nhất. Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển,
nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nông dân
về đặc tính của cây trồng, về thời tiết… Chính vì vậy, năng suất và hiệu suất
canh tác gần như được để ngỏ, mang tính “may, rủi”.
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số nhanh
chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực là một trong những thách thức mang tính
toàn cầu. Cộng thêm nhu cầu tự trồng, tự chăm sóc đảm bảo có thực phẩm sạch
đang là xu hướng của cư dân thành thị hay các khu đô thị. Ngành nông nghiệp
phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả sản xuất. Cách
duy nhất chính là áp dụng công nghệ mới vào hoạt động sản xuất, canh tác.
Do đó là một sinh viên ngành Điện tử-Viễn thông, cần nắm bắt được sự
phát triển không ngừng của khoa học – kĩ thuật, những tiến bộ công nghệ và
những ý tưởng mới lạ để có thể ứng dụng vào cuộc sống hiệu quả hơn, bên cạnh
đó sâu xa hơn là thúc đẩy sự phát triển của nền nông nghiệp nước nhà nói chung
và nông nghiệp tiểu canh hộ gia đình, khu đô thị nói riêng, nắm bắt và đi cùng
với xu thế phát triển đó, em đã chọn đề tài “Xây dựng mô hình hệ thống tự
động chăm sóc cây trồng tưới tiêu thông minh, giám sát điệu kiện môi trường
cây trồng từ xa và điều khiển thông qua smart phone” để làm đề tài cho đồ án
tốt nghiệp đại học của sinh viên.
Hà Nội, tháng 3 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Phi
LỜI CẢM ƠN
Qua những năm tháng học tập và rèn luyện tại Viện Đại học Mở Hà Nội,
nhận được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của quý thầy cô khoa Công nghệ
Điện Tử – Thông Tin, khoa mà em đã gắn bó suốt 4 năm qua, đã truyền đạt cho
em những kiến thức vô cùng quý báu về lý thuyết và thực tiễn trong suốt thời
gian học ở giảng đường. Cùng với sự nỗ lực của bản thân và với sự tìm tòi
nghiên cứu tài liệu hay là có sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián
tiếp của người khác đã góp phần giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học
này.
Từ những kết quả đạt được này, em xin chân thành cảm ơn: Thầy giảng viên
hướng dẫn thạc sĩ Hoàng Anh Dũng đã hướng dẫn và góp ý kiến quý báu giúp
em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học này và cùng với đó là các thầy, cô khoa
Công nghệ Điện Tử-Thông Tin, Viện Đại học Mở Hà Nội đã nhiệt tình giảng
dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu, quan trọng và cần thiết cho em trong
suốt quá trình học tập tại trường.
Do kiến thức còn thiếu xót, hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót
trong cách xây dựng và thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học này. Em rất mong
nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để em tiếp thu
thêm để làm cho đồ án tốt nghiệp đại học của em đạt được kết quả tốt hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… 1
1.1. Đặt vấn đề ………………………………………………………………………………… 1
1.2. Mục đích nghiên cứu…………………………………………………………………. 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT……………………………………………… 4
2.1. Khái quát về IoT…………………………………………………………………………. 4
2.1.1. Khái niệm ………………………………………………………………………………. 4
2.1.2. Xu hướng và tính chất ……………………………………………………………… 5
2.1.3. Ứng dụng ………………………………………………………………………………. 8
2.1.4. Một số tác nhân cản trở sựu phát triển của IoT …………………………… 12
2.2. Kit nodeMCU/esp8266 ………………………………………………………………. 14
2.2.1. Lịch sử hình thành và khái niệm ………………………………………………. 14
2.2.2. Tổng quan về nodeMCU/esp8266 ……………………………………………. 16
2.2.3. Các loại modules ESP ……………………………………………………………. 18
2.2.4. Cấu tạo và nguyên lí làm việc của nodeMCU/esp8266 …………….. 22
2.3. Cảm biến ………………………………………………………………………………….. 25
2.3.1. Tổng quan về cảm biến…………………………………………………………… 25
2.3.2. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ……………………………………………. 31
2.3.3. Cảm biến độ ẩm đất …………………………………………………………….. 36
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH …………………………. 40
3.1. Thiết kế phần cứng …………………………………………………………………. 40
3.1.1
Phương án thiết kế ………………………………………………………………. 40
3.1.2
Sơ đồ khối phần cứng ………………………………………………………….. 40
3.2. Thiết kế phần mềm ……………………………………………………………………. 55
3.2.1. Web server ThingSpeak ……………………………………………………….. 55
3.2.2. Ứng dụng Blynk …………………………………………………………………. 61
3.3. Sơ đồ thiết kế và nguyên lí hoạt động ……………………………………….. 75
3.4. Code điều khiển………………………………………………………………………. 78
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ……………………………………………………………………… 94
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………………….. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………… 96
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Mô hình liên kết IoT ……………………………………………………………… 4
Hình 2.3: Ứng dụng của IoT …………………………………………………………………. 9
Hình 2.5: kit nodeMCU………………………………………………………………………. 16
Hình 2.6: Sơ đồ chân của nodeMCU ……………………………………………………. 22
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lí khối ESP 12-CORE trong nodeMCU…………….. 22
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lí khối USB TO UART trong nodeMCU …………… 23
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lí khối POWER trong nodeMCU …………………….. 23
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lí khối KEY trong nodeMCU …………………………. 24
Hình 2.18: Đọc dữ liệu Bit 0……………………………………………………………….. 35
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lí khối ADC trong nodeMCU …………………………. 24
Hình 2.13: Các loại cảm biến ………………………………………………………………. 31
Hình 2.14: Cảm biến DHT11 ………………………………………………………………. 32
Hình 2.15: Kích thước cảm biến DHT11 ……………………………………………… 32
Hình 2.16: Kết nối DHT11 với vi xử lí …………………………………………………. 33
Hình 2.17: Gửi tín hiệu Start hoạt động trong DHT11 ………………………….. 34
Hình 2.19: Đọc dữ liệu Bit 1………………………………………………………………… 35
Hình 2.20: Cảm biến độ ẩm đất …………………………………………………………… 36
Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lí của cảm biến độ ẩm đất ……………………………… 37
Hình 3.1: sơ đồ khối phần cứng …………………………………………………………… 41
Hình 3.2: Sơ đồ chân của nodeMCU ……………………………………………………. 42
Hình 3.3: Kích thước của nodeMCU ……………………………………………………. 43
Hình 3.4: chức năng các chân của nodeMCU ……………………………………….. 43
Hình 3.5: Module cảm biến DHT11 …………………………………………………….. 44
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lí của cảm biến DHT11……………………………………. 45
Hình 3.7: module cảm biến độ ẩm đất …………………………………………………. 46
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lí của cảm biến độ ẩm đất ……………………………….. 46
Hình 3.9: LCD 16×4 …………………………………………………………………………… 48
Hình 3.10: Kích thước của màn hình LCD 16×4 …………………………………… 48
Hình 3.11: module điều khiển màn hình giao tiếp I2C ………………………….. 50
Hình 3.12: kết nối LCD 16×4 với module giao tiếp điều khiển I2C …………. 51
Hình 3.13: Module relay 2 kênh ………………………………………………………….. 52
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lí của module relay 2 kênh …………………………….. 53
Hình 3.15: Sơ đồ chân của module relay 2 kênh …………………………………… 53
Hình 3.16: máy bơm …………………………………………………………………………… 54
Hình 3.17: tạo tài khoản trên Thingspeak ……………………………………………. 56
Hình 3.18: Đăng nhập vào Thingspeak ………………………………………………… 57
Hình 3.19: tạo New Channel ……………………………………………………………….. 57
Hình 3.20: tạo New Channel ……………………………………………………………….. 58
Hình 3.21: Giao diện My Channels ……………………………………………………… 59
Hình 3.22: API keys của Channel………………………………………………………… 60
Hình 3.23: Nhập API Keys vào chương trình ……………………………………….. 60
Hình 3.24: hiển thị dữ liệu lên Channel ……………………………………………….. 61
Hình 3.25: Ứng dụng Blynk ………………………………………………………………… 61
Hình 3.26: Mô hình kết nối của Blynk …………………………………………………. 62
Hình 3.27: Tạo tài khoản trên Blynk …………………………………………………… 64
Hình 3.28: Tạo Project mới ………………………………………………………………… 64
Hình 3.29: tạo Project mới ………………………………………………………………….. 65
Hình 3.30: Chọn thiết bị kết nối ………………………………………………………….. 65
Hình 3.31: Tạo các Widget …………………………………………………………………. 66
Hình 3.32: cài đặt GAUSE cho nhiệt độ……………………………………………….. 67
Hình 3.33: cài đặt các chỉ số của nhiệt độ …………………………………………….. 67
Hình 3.34: cài đặt thông số cho độ ẩm …………………………………………………. 68
Hình 3.35: Cài đặt thông số cho độ ẩm đất …………………………………………… 69
Hình 3.36: Thêm đèn LED ………………………………………………………………….. 69
Hình 3.37: Cài đặt đèm LED hiển thị bơm …………………………………………… 70
Hình 3.38: Cài đặt LED cho đèn …………………………………………………………. 70
Hình 3.39: Cài đặt ảnh báo điện thoại …………………………………………………. 71
Hình 3.40: Lấy Widget nút bấm ………………………………………………………….. 72
Hình 3.41: Cài đặt nút bấm cho bơm …………………………………………………… 73
Hình 3.42: Cài đặt nút bấm cho đèn ……………………………………………………. 74
Hình 3.43: Lấy Token ………………………………………………………………………… 74
Hình 3.44: Nhập Token vào code chương trình…………………………………….. 75
Hình 3.45: Sơ đồ khối phần cứng ………………………………………………………… 75
Hình 3.48: Cài đặt các thông số Board nodeMCU ………………………………… 80
Hình 3.47: Intall Board ESP8266 ………………………………………………………… 79
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các loại module ESP …………………………………………………………… 19
Bảng 2.2: So sánh cảm nhận của cảm biến qua 5 giác quan …………………… 26
Bảng 3.1: kết nối chân của DHT11 với nodeMCU ………………………………… 45
Bảng 3.3: Sơ đồ chân và giá trị các chân của LCD 16×4 ………………………… 49
Bảng 3.4: kết nối chân nodeMCU với module điều khiển giao tiếp I2C ….. 52
Bảng 3.5: Kết nối chân của nodeMCU với các linh kiện ………………………… 76
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
Đầy đủ
Ý nghĩa
IoT
Internet of Thing
Internet vạn vật
SoC
System on Chip
Hệ thống trên chíp
Message Queuing Telemetry
Là một giao thức gởi dạng
Transport
publish/subscribe
Micro Controller Unit
Hệ thống vi điều khiển
MQTT
MCU
Một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit và 64
ARM
Advanced RISC Machine
bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi
trong các thiết kế nhúng
CPU
Central Processing Unit
Bộ xử lí trung tâm
LCD
Liquid crystal display
Màn hình tinh thể lỏng
VGA
Video Graphics Array
Chuẩn hiển thị máy tính
TCP
Transmission Control Protocol Giao thức kiểm soát truyền tải
IP
Internet Protocol
Giao thức internet
Cổng đầu vào và ra với mục đích cơ
GPIO
General Purpose Input Output
bản, thực tế nó là các chân đầu ra, đầu
vào đa chức năng.
UART
ADC
Universal Asynchronous
Receiver – Transmitter
Analog-to-digital converter,
Là một mạch tích hợp được sử dụng
trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp
giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi.
Mạch chuyển đổi tương tự sang số
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1.
Đặt vấn đề
Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng
công nghệ nhất. Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển,
nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nông dân
về đặc tính của cây trồng, về thời tiết… Chính vì vậy, năng suất và hiệu suất
canh tác gần như được để ngỏ, mang tính “may, rủi”.
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số
nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực là một trong những thách thức
mang tính toàn cầu. Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt
hơn để gia tăng hiệu quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng công nghệ
mới vào hoạt động sản xuất, canh tác.
Trong bối cảnh ngày nay xã hội càng lo ngại về chất lượng cũng như an
toàn thực phẩm. Điều then chốt trong việc đánh tan lo ngại này, và góp phần
thúc đẩy nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp, là việc nâng cao tính minh
bạch, chuyên nghiệp, và khoa học của chuỗi sản xuất nông nghiệp. IoT đóng vai
trò lớn trong việc giúp sự minh bạch và chuyên nghiệp này trở nên đáng tin cậy
hơn. Có thể lấy vài ví dụ như việc lắp đặt thẻ cảm ứng vào tai lợn để theo dõi và
thu thập dữ liệu về quá trình chăn nuôi; hay việc quản lí điều kiện môi trường
cây trồng, yếu tố dinh dưỡng trong cây trồng, quy trình tự động hóa trong việc
chăm sóc cho đến xử lý, đóng gói, bán sỉ và lẻ, giúp từng khuôn thịt khi đến tay
người dùng đều kèm theo một hồ sơ quản lý được lưu trữ đáng tin cậy giúp toàn
bộ quy trình sản xuất trở nên minh bạch hơn.
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 1Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
Hình 1.1: Minh họa IoT trong nông nghiêp
Chính vì vậy, người tiêu dùng sản phẩm nông nghiệp cũng nên chờ mong
vào ứng dụng IoT và việc đưa các ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp sẽ giúp
minh chứng rõ nhất cho việc IoT đem lại hiệu quả to lớn như thế nào. Đó chính
là lý do mà nông nghiệp là lĩnh vực đang được quan tâm đầu tư và được nhiều
startup lựa chọn để gọi vốn.
1.2.
Mục đích nghiên cứu
Mục đích tổng thể của nghiên cứu là: thiết kế, xây dựng mô hình vườn
giám sát điều kiện môi trường cây trồng, tự động bơm tưới thông minh, điều
khiển từ xa thông qua smart phone phù hợp với cây trồng trong nhà tại các khu
đô thị hay các khu vườn quy mô vừa và nhỏ. Với các mục tiêu cụ thể:
– Tự động: hệ thống vườn điều khiển bơm tưới thông minh có chức năng tự
động, giảm thiểu tối đá sức ảnh hưởng từ sức lao động.
– Năng suất, hiệu quả: có năng suất khá cao, hiệu quả lớn, khi cây được
chăm sóc theo nhu cầu của chính cây trồng dựa trên các yếu tố của môi
trường trồng như nhiệt độ, độ ẩm hay độ ẩm trong đât.
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 2Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
– Tiết kiệm được thời gian: Giảm thiểu tối đa công sức và thời gian chăm
sóc cho con người.
– Kinh tế: Mô hình vườn thông minh được thiết kế với các bộ phận, linh
kiện và công nghệ tối giản nhất nhằm vừa có thể đáp ứng được yêu cầu và
vừa tiết kiệm chi phí để làm sao cho mô hình vừa có hiệu quả vừa không
gây tốn kém kinh tế.
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 3Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
2.1. Khái quát về IoT
2.1.1. Khái niệm
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối
Internet viết tắt là IoT ( Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà
mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có
khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không
cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử
và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với
nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.
Hình 2.1: Mô hình liên kết IoT
Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một động
vật ở trang trại với bộ chip sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh
báo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có
thể gán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua
mạng lưới. Cho đến nay, IoT là những liên kết máy-đến-máy (M2M) trong
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 4Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
ngành sản xuất, công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản
phẩm được tích hợp máy-đến-máy thường được xem như là thông minh.
2.1.2. Xu hướng và tính chất
• Thông minh
Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một phần
trong ý tưởng về IoT. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại môi
trường xung quanh (ambient intelligence), chúng cũng có thể tự điều khiển bản
thân (autonomous control) mà không cần đến kết nối mạng. Tuy nhiên, trong
thời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai khái niệm IoT và
autonomous control lại với nhau. Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới các
thực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình
huống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi
thông tin, dữ liệu.
Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc,
phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con người khi chúng ta
tương tác với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra các tri thứcmới liên quan
tới cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội cũng như hành vi con
người.
• Kiến trúc dựa trên sự kiện
Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự kiện diễn ra trong
lúc chúng hoạt động theo thời gian thực. Một số nhà nghiên cứu từng nói rằng
một mạng lưới các sensor chính là một thành phần đơn giản của IoT.
• Là một hệ thống phức tạp
Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một
lượng lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau,
ngoài ra còn bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới.
• Kích thước
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 5Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối
và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con
người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối
tượng có khả năng theo dõi.
• Vấn đề không gian, thời gian
Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của một vật nào đó là rất quan trọng. Hiện nay,
Internet chủ yếu được sử dụng để quản lý thông tin được xử lý bởi con người.
Do đó những thông tin như địa điểm, thời gian, không gian của đối tượng không
mấy quan trọng bởi người xử lý thông tin có thể quyết định các thông tin này có
cần thiết hay không, và nếu cần thì họ có thể bổ sung thêm. Trong khi đó, IoT về
lý thuyết sẽ thu thập rất nhiều dữ liệu, trong đó có thể có dữ liệu thừa về địa
điểm, và việc xử lý dữ liệu đó được xem như không hiệu quả. Ngoài ra, việc xử
lý một khối lượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn đủ để đáp ứng cho hoạt động
của các đối tượng cũng là một thách thức hiện nay.
• Luồng năng lượng mới
Hiện nay, IoT đang trải qua giai đoạn phát triển “bộc phát” và điều này xảy ra
nhờ vào một số nhân tố, trong đó gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có của công
nghệ. Gary Atkinson, Giám đốc tiếp thị sản phẩm nhúng của ARM cho rằng, đã
có nhiều thiết bị chứng tỏ rằng có thể thu thập dữ liệu và truyền tải dữ liệu trên
mạng nhưng chỉ có giá khoảng 40USD/sản phẩm. Hiện nay, chúng ta có thể
nhìn thấy các bộ vi điều khiển 32-bit nền tảng ARM có giá dưới chỉ trên dưới
1USD (chỉ ở 23.000 đồng – thời giá tháng 4/2017). Với bộ vi điều khiển này,
bạn có thể làm nhiều điều trên đó. Thu thập và truyền dữ liệu rẻ hơn nhiều: chỉ
50 xu cho một bộ vi điều khiển 32-bit của ARM.
ARM đã “nhanh chân” trong việc nhận ra rằng, ổ đĩa có xu hướng sử dụng các
bộ vi điều khiển 32-bit là giải pháp cho những người có ý định thực hiện một số
quyết định của riêng họ theo một cách tự động. Gary tin rằng, khả năng của các
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 6Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
bộ vi điều khiển này ngày càng tăng, điều này có nghĩa là người dùng có thể làm
những điều mà trước đây là bất khả.
Trong 5 năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thị trường.
Những thách thức đang diễn ra là quản lý dữ liệu và chuyển sang IPv6 (IPv6 đã
sẵn sàng và chạy với địa chỉ đã được cấp phát. IPv4 đã cạn kiệt và 2011 chỉ còn
lại những địa chỉ cuối cùng).
Axel Pawlik, Giám đốc Quản lý của RIPE NCC lý giải tại sao IPv6 cần thiết
cho tương lai của IoT, với IPv6 chúng ta sẽ có lượng địa chỉ phong phú và điều
này sẽ mở ra khả năng gán địa chỉ cho mỗi thiết bị (gadget) và chip. Các giải
pháp sẽ dễ dàng và đơn giản hơn, rõ ràng hơn, có thể phục hồi đến từng mục địa
chỉ riêng, và phạm vi phát triển vô cùng to lớn.
Lan Pearson, nhà tương lai học với thành tích ấn tượng tại những hãng như BT,
Canon và Fujitsu cho rằng, những gì mà chúng ta thấy ở đây là chưa có tiền lệ
hội tụ và phát triển nhanh chóng, không giống như bất kỳ điều gì chúng ta từng
thấy trước đó. Động lực cho việc này chính là áp lực hướng đến công nghệ mới,
để giúp chúng ta tạo ra những chiếc máy tính nhanh hơn, những ổ đĩa có tốc độ
quay nhanh hơn….
Hình 2.2: Xu hướng và tính chất
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 7Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
2.1.3. Ứng dụng
Theo Gartner, Inc. (một công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ), sẽ có gần
26 tỷ thiết bị trên IoT vào năm 2020. ABI Research ước tính rằng hơn 30 tỷ thiết
bị sẽ được kết nối không dây với “Kết nối mọi thứ” (Internet of Everything) vào
năm 2020. Theo một cuộc khảo sát và nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi
Dự án Internet Pew Research, một phần lớn các chuyên gia công nghệ đã hưởng
ứng tham gia sử dụng Internet of Things với 83% đồng ý quan điểm cho rằng
Internet / Cloud of Things, nhúng và tính toán đeo (và các hệ thống năng động,
tương ứng) sẽ có tác động rộng rãi và mang lại lợi ích đến năm 2025. Như vậy,
rõ ràng là IoT sẽ bao gồm một số lượng rất lớn các thiết bị được kết nối với
Internet.
Tích hợp với mạng Internet có nghĩa rằng thiết bị này sẽ sử dụng một địa
chỉ IP như là một định danh duy nhất. Tuy nhiên, do sự hạn chế không gian địa
chỉ của IPv4 (cho phép 4,3 tỷ địa chỉ duy nhất), các đối tượng trong IOT sẽ phải
sử dụng IPv6 để phù hợp với không gian địa chỉ cực kỳ lớn cần thiết. Các đối
tượng trong IoT sẽ không chỉ có các thiết bị có khả năng cảm nhận xung quanh,
mà còn cung cấp khả năng truyền động (ví dụ, củ hoặc khóa điều khiển thông
qua Internet). Ở một mức độ lớn, tương lai của Internet of Things sẽ không thể
không có sự hỗ trợ của IPv6; và do đó việc áp dụng toàn cầu của IPv6 trong
những năm tới sẽ rất quan trọng cho sự phát triển thành công của IOT trong
tương lai.
Khả năng kết nối vào mạng của thiết bị nhúng với CPU, bộ nhớ giới hạn và
năng lượng bền bỉ. IoT được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực. Hệ thống như
vậy có thể có nhiệm vụ thu thập thông tin trong các thiết lập khác nhau, từ các
hệ sinh thái tự nhiên cho các tòa nhà và các nhà máy, do đó việc tìm kiếm các
ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến môi trường và quy hoạch đô thị.
Mặt khác, hệ thống IoT cũng có thể thực hiện các hành động, không chỉ
cảm nhận mọi thứ xung quanh. Hệ thống mua sắm thông minh, ví dụ, có thể
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 8Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Họcc
Ứng dụng
ng IoT trong nông nghiệp
nghi
theo dõi thói quen mua người
ng
dùng cần ở một cửa hàng bằng
ng cách theo dõi điện
thoại di động của họ. Người
Ngư dùng sau đó có thể được cung cấpp các ccập nhật trên
sản phẩm yêu thích củaa họ,
h hoặc thậm chí là vị trí của các mụcc mà hhọ cần, hay
tủ lạnh của họ cần. Tất cảả đã tự động chuyển vào điện thoại,
i, ví dụ
d bổ sung các
cảm biến trong các ứng dụ
ụng phản ứng lại với nhiệt độ môi trường,
ng, điện và quản
lý năng lượng, cũng như
ư hỗ
h trợ hành trình của các hệ thống
ng giao thông vvận tải.
Tuy nhiên, các ứng dụng của IoT không chỉ giới hạnn trong các llĩnh vực này.
Trường hợp sử dụng
ng chuyên ngành khác của
c IoT cũng có thể tồồn tại. Một cái
nhìn tổng quan về một số
ố lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất đượcc cung ccấp ở đây.
Dựa trên các miền ứng
ng dụng,
d
sản phẩm IoT có thể chia thành nă
năm loại khác
nhau: thiết bị đeo
eo thông minh, nhà thông minh, thành phố
ph thông minh, môi
trường thông minh,
nh, và doanh nghi
nghiệp thông minh. Các sản phẩm
m và gi
giải pháp
IoT trong mỗi thị trường
ng có đặc điểm khác nhau.
Hình 2.3: Ứng dụng của IoT
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng
D
9Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thứ như sau:
– Quản lý chất thải
– Quản lý và lập kế hoạch quản lý đô thị
– Quản lý môi trường
– Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp
– Mua sắm thông minh
– Quản lý các thiết bị cá nhân
– Đồng hồ đo thông minh
– Tự động hóa ngôi nhà
Một trong những vấn đề với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT
nhanh chóng. Để khắc phục, hiện nay nhiều hãng, công ty, tổ chức trên thế giới
đang nghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT. Đại
học British Columbia ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép
phát triển phần mềm IoT chỉ bằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao
thức phổ biến. Công ty như ioBridge thì cung cấp giải pháp kết nối và điều
khiển hầu như bất kì thiết bị nào có khả năng kết nối Internet, kể cả đèn bàn,
quạt máy…
Broadcom mới đây cũng đã giới thiệu hai con chip có mức tiêu thụ điện thấp
và giá rẻ dành cho các thiết bị “Internet of things”. SoC đầu tiên, BCM4390,
được tích hợp một bộ thu phát sóng Wi-Fi 802.11 b/g/n hiệu suất cao để có thể
dùng với các vi điều khiển 8 hoặc 16-bit. Broadcom nói rằng sản phẩm này có
thể dùng trong các nồi nấu ăn thông minh, bóng đèn, hệ thống an ninh cũng như
các thiết bị gia dụng có khả năng điều khiển và quản lý từ xa. SoC thứ hai,
BCM20732, thì được tích hợp bộ thu phát tín hiệu Bluetooth và nhắm đến
những máy móc như bộ đo nhịp tim, bộ đo bước chạy, thiết bị cảnh báo khi có
vật gì đến gần hoặc ổ khóa cửa thông minh. Broadcom cũng đã đóng góp các tập
lệnh phần mềm hỗ trợ cho cả công nghệ Bluetooth thường và Bluetooth Smart
vào dự án Android Open Source (AOSP). Hiện bản mẫu của hai con chip này
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 10Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
đang được giao đến đối tác phần cứng và dự kiến sẽ được sản xuất đại trà trong
quý 4 năm nay.
• Quản lý hạ tầng
Giám sát và kiểm soát các hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn như
cầu, đường ray tàu hỏa, trên và trang trại là một ứng dụng quan trọng của IoT.
Các cơ sở hạ tầng IoT có thể được sử dụng để theo dõi bất kỳ sự kiện hoặc
những thay đổi trong điều kiện cơ cấu mà có thể thỏa hiệp an toàn và làm tăng
nguy cơ. Nó cũng có thể được sử dụng để lập kế hoạch hoạt động sửa chữa và
bảo trì một cách hiệu quả, bằng cách phối hợp các nhiệm vụ giữa các nhà cung
cấp dịch vụ khác nhau và người sử dụng của các cơ sở này. Thiết bị IoT cũng có
thể được sử dụng để kiểm soát cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu để cung cấp
truy cập vào tàu. Cách sử dụng của các thiết bị iốt để theo dõi và hạ tầng hoạt
động có khả năng cải thiện quản lý sự cố và phối hợp ứng phó khẩn cấp, và chất
lượng dịch vụ, tăng lần và giảm chi phí hoạt động trong tất cả các lĩnh vực cơ sở
hạ tầng liên quan. Ngay cả các lĩnh vực như quản lý chất thải đứng được hưởng
lợi từ tự động hóa và tối ưu hóa có thể được đưa vào bởi IoT.
• Y tế
Thiết bị IoT có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ
thống thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể dao động từ
huyết áp và nhịp tim màn với các thiết bị tiên tiến có khả năng giám sát cấy
ghép đặc biệt, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp hoặc trợ thính tiên tiến, cảm
biến đặc biệt cũng có thể được trang bị trong không gian sống để theo dõi sức
khỏe và thịnh vượng chung là người già, trong khi cũng bảo đảm xử lý thích hợp
đang được quản trị và hỗ trợ người dân lấy lại mất tính di động thông qua điều
trị là tốt. Thiết bị tiêu dùng khác để khuyến khích lối sống lành mạnh, chẳng hạn
như, quy mô kết nối hoặc máy theo dõi tim mạch, cũng là một khả năng của IoT.
• Xây dựng và tự động hóa nhà
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 11Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
Thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát các hệ thống cơ khí,
điện và điện tử được sử dụng trong nhiều loại hình tòa nhà (ví dụ, công cộng và
tư nhân, công nghiệp, các tổ chức, hoặc nhà ở). Hệ thống tự động hóa, như các
tòa nhà tự động hóa hệ thống, thường được sử dụng để điều khiển chiếu sáng,
sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, hệ thống thông tin liên lạc, giải
trí và các thiết bị an ninh gia đình để nâng cao sự tiện lợi, thoải mái, hiệu quả
năng lượng và an ninh.
• Giao thông
Các sản phẩm IoT có thể hỗ trợ trong việc tích hợp các thông tin liên lạc, kiểm
soát và xử lý thông tin qua nhiều hệ thống giao thông vận tải. Ứng dụng của IoT
mở rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông, tức là xe, cơ sở hạ
tầng, và người lái xe hoặc sử dụng. Năng động, tương tác giữa các thành phần
của một hệ thống giao thông vận tải cho phép truyền thông giữa nội và xe cộ,
điều khiển giao thông thông minh, bãi đậu xe thông minh, hệ thống thu phí điện
tử, quản lý đội xe, điều khiển xe, an toàn và hỗ trợ đường bộ.
Còn rất nhiều các ứng dụng từ nhỏ đến lớn khác mà IoT có thể tạo nên và
đề tài cũng đang ứng dụng IoT vào nghiên cứu và xây dựng mô hình IoT
trong nông nghiệp.
2.1.4. Một số tác nhân cản trở sựu phát triển của IoT
• Chưa có một ngôn ngữ chung
Ở mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bị
khác. Nếu chỉ riêng có kết nối không thôi thì không có gì đảm bảo rằng các thiết
bị biết cách nói chuyện nói nhau. Ví dụ, bạn có thể đi từ Việt Nam đến Mỹ,
nhưng không đảm bảo rằng bạn có thể nói chuyện với người Mỹ.
Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức
(protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác
vụ nào đó. Chắc chắn bạn đã ít nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ
biến nhất thế giới, đó là HyperText Transfer Protocol (HTTP) để tải web. Ngoài
Xem thêm: FluentWorlds: Học Tiếng Anh
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 12Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
ra chúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi
file.
Những giao thức như thế này hoạt động ổn bởi các máy chủ web, mail và FTP
thường không phải nói với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm biên dịch đơn
giản sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau. Còn với các thiết bị IoT,
chúng phải đảm đương rất nhiều thứ, phải nói chuyện với nhiều loại máy móc
thiết bị khác nhau. Đáng tiếc rằng hiện người ta chưa có nhiều sự đồng thuận về
các giao thức để IoT trao đổi dữ liệu. Nói cách khác, tình huống này gọi là “giao
tiếp thất bại”, một bên nói nhưng bên kia không thèm (và không thể) nghe.
• Hàng rào subnetwork
Như đã nói ở trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết bị IoT hiện nay
chủ yếu kết nối đến một máy chủ trung tâm do hãng sản xuất một nhà phát triển
nào đó quản lý. Cách này cũng vẫn ổn thôi, những thiết bị vẫn hoàn toàn nói
chuyện được với nhau thông qua chức năng phiên dịch của máy chủ rồi. Thế
nhưng mọi chuyện không đơn giản như thế, cứ mỗi một mạng lưới như thế tạo
thành một subnetwork riêng, và buồn thay các máy móc nằm trong subnetwork
này không thể giao tiếp tốt với subnetwork khác.
Lấy ví dụ như xe ô tô chẳng hạn. Một chiếc Ford Focus có thể giao tiếp cực kì
tốt đến các dịch vụ và trung tâm dữ liệu của Ford khi gửi dữ liệu lên mạng. Nếu
một bộ phận nào đó cần thay thế, hệ thống trên xe sẽ thông báo về Ford, từ đó
hãng tiếp tục thông báo đến người dùng. Nhưng trong trường hợp chúng ta
muốn tạo ra một hệ thống cảnh báo kẹt xe thì mọi chuyện rắc rối hơn nhiều bởi
xe Ford được thiết lập chỉ để nói chuyện với server của Ford, không phải với
server của Honda, Audi, Mercedes hay BMW. Lý do cho việc giao tiếp thất bại?
Chúng ta thiếu đi một ngôn ngữ chung. Và để thiết lập cho các hệ thống này nói
chuyện được với nhau thì rất tốn kém, đắt tiền.
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 13Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
Đồ án tốt nghiệp Đại Học
Ứng dụng IoT trong nông nghiệp
Một số trong những vấn đề nói trên chỉ đơn giản là vấn đề về kiến trúc mạng, về
kết nối mà các thiết bị sẽ liên lạc với nhau (Wifi, Bluetooth, NFC,…). Những thứ
này thì tương đối dễ khắc phục với công nghệ không dây ngày nay. Còn với các
vấn đề về giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật cản lớn và trực
tiếp trên còn đường phát triển của Internet of Things.
• Có quá nhiều “ngôn ngữ địa phương”
Bây giờ giả sử như các nhà sản xuất xe ô tô nhận thấy rằng họ cần một giao thức
chung để xe của nhiều hãng có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và họ đã phát triển
thành công giao thức đó. Thế nhưng vấn đề vẫn chưa được giải quyết. Nếu các
trạm thu phí đường bộ, các trạm bơm xăng muốn giao tiếp với xe thì sao? Mỗi
một loại thiết bị lại sử dụng một “ngôn ngữ địa phương” riêng thì mục đích của
IoT vẫn chưa đạt được đến mức tối đa. Đồng ý rằng chúng ta vẫn có thể có một
trạm kiểm soát trung tâm, thế nhưng các thiết bị vẫn chưa thật sự nói chuyện
được với nhau.
• Tiền và chi phí
Cách duy nhất để các thiết bị IoT có thể thật sự giao tiếp được với nhau đó là khi
có một động lực kinh tế đủ mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia sẻ quyền
điều khiển cũng như dữ liệu mà các thiết bị của họ thu thập được. Hiện tại, các
động lực này không nhiều. Có thể xét đến ví dụ sau: một công ty thu gom rác
muốn kiểm tra xem các thùng rác có đầy hay chưa. Khi đó, họ phải gặp nhà sản
xuất thùng rác, đảm bảo rằng họ có thể truy cập vào hệ thống quản lý của từng
thùng một. Điều đó khiến chi phí bị đội lên, và công ty thu gom rác có thể đơn
giản chọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một.
2.2. Kit nodeMCU/esp8266
2.2.1. Lịch sử hình thành và khái niệm
NodeMCU được tạo ra ngay sau khi ESP8266 ra mắt. Vào ngày 30
tháng 12 năm 2013, Espressif Systems đã bắt đầu sản xuất ESP8266.
ESP8266 là một Wi-Fi SoC (System on Chip) tích hợp với một lõi Tensilica
GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 14Sinh viên : Nguyễn Hữu Phi
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAMKHOA CN ĐIỆN TỬ – THÔNG TINĐộc lập – Tự do – Hạnh phúcĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCHọ và tên sinh viên : Nguyễn Hữu PhiLớp : K16AKhoá : 16 ( 2013 – 2017 ) Ngành đào tạo và giảng dạy : Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thôngHệ huấn luyện và đào tạo : ĐHCQ1 / Tên đề tài đồ án tốt nghiệp ĐH : Ứng dụng iot trong nông nghiệp : mạng lưới hệ thống tự động hóa chăm nom cây cối tướitiêu mưu trí, giám sát điệu kiện môi trường tự nhiên cây cối từ xa và điềukhiển trải qua smart phone2 / Nội dung chính : 1. Đặt yếu tố và mục tiêu của đồ án. 2. Xây dựng tổng quan lí thuyết của đề tài. 3. Xây dựng phong cách thiết kế quy mô mẫu sản phẩm của đề tài. 4. Thực hiện làm loại sản phẩm cho đề tài. 5. Áp dụng, thử nghiệp thực tiễn sản phẩm3 / Cơ sở tài liệu ban đầu1. Các kiến thức và kỹ năng kĩ thuật điện tử, lập trình2. Một số tài liệu tìm hiểu thêm trong và ngoài nước4 / Ngày giao : 13 / 02/2017 5 / Ngày nộp : 19/5/2017 TRƯỞNG KHOA ( Ký, ghi rõ họ tên ) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ( Ký, ghi rõ họ tên ) LỜI MỞ ĐẦUTừ trước tới nay nông nghiệp là một trong những nghành nghề dịch vụ ít được áp dụngcông nghệ nhất. Đặc biệt là ở những vương quốc đang tăng trưởng và chậm tăng trưởng, nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào vào kinh nghiệm tay nghề của những người nông dânvề đặc tính của cây cối, về thời tiết … Chính vì thế, hiệu suất và hiệu suấtcanh tác gần như được để ngỏ, mang tính “ may, rủi ”. Trong khi đó, trước những thử thách về biến hóa khí hậu, ngày càng tăng dân số nhanhchóng, yếu tố bảo vệ đủ lương thực là một trong những thử thách mang tínhtoàn cầu. Cộng thêm nhu yếu tự trồng, tự chăm nom bảo vệ có thực phẩm sạchđang là khuynh hướng của dân cư thành thị hay những khu đô thị. Ngành nông nghiệpphải tìm kiếm những phương pháp tốt hơn để ngày càng tăng hiệu suất cao sản xuất. Cáchduy nhất chính là vận dụng công nghệ tiên tiến mới vào hoạt động giải trí sản xuất, canh tác. Do đó là một sinh viên ngành Điện tử-Viễn thông, cần chớp lấy được sựphát triển không ngừng của khoa học – kĩ thuật, những văn minh công nghệ tiên tiến vànhững sáng tạo độc đáo mới lạ để hoàn toàn có thể ứng dụng vào đời sống hiệu suất cao hơn, bên cạnhđó sâu xa hơn là thôi thúc sự tăng trưởng của nền nông nghiệp nước nhà nói chungvà nông nghiệp tiểu canh hộ mái ấm gia đình, khu đô thị nói riêng, chớp lấy và đi cùngvới xu thế tăng trưởng đó, em đã chọn đề tài “ Xây dựng quy mô mạng lưới hệ thống tựđộng chăm nom cây xanh tưới tiêu mưu trí, giám sát điệu kiện môi trườngcây trồng từ xa và tinh chỉnh và điều khiển trải qua smart phone ” để làm đề tài cho đồ ántốt nghiệp ĐH của sinh viên. Thành Phố Hà Nội, tháng 3 năm 2017S inh viên thực hiệnNguyễn Hữu PhiLỜI CẢM ƠNQua những năm tháng học tập và rèn luyện tại Viện Đại học Mở TP. Hà Nội, nhận được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của quý thầy cô khoa Công nghệĐiện Tử – Thông Tin, khoa mà em đã gắn bó suốt 4 năm qua, đã truyền đạt choem những kỹ năng và kiến thức vô cùng quý báu về triết lý và thực tiễn trong suốt thờigian học ở giảng đường. Cùng với sự nỗ lực của bản thân và với sự tìm tòinghiên cứu tài liệu hay là có sự giúp sức dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay giántiếp của người khác đã góp thêm phần giúp em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp đại họcnày. Từ những hiệu quả đạt được này, em xin chân thành cảm ơn : Thầy giảng viênhướng dẫn thạc sĩ Hoàng Anh Dũng đã hướng dẫn và góp quan điểm quý báu giúpem triển khai xong đồ án tốt nghiệp ĐH này và cùng với đó là những thầy, cô khoaCông nghệ Điện Tử-Thông Tin, Viện Đại học Mở TP.HN đã nhiệt tình giảngdạy và truyền đạt những kỹ năng và kiến thức quý báu, quan trọng và thiết yếu cho em trongsuốt quy trình học tập tại trường. Do kiến thức và kỹ năng còn thiếu xót, hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sóttrong cách thiết kế xây dựng và triển khai đồ án tốt nghiệp ĐH này. Em rất mongnhận được sự thông cảm và góp phần quan điểm của quý thầy cô để em tiếp thuthêm để làm cho đồ án tốt nghiệp ĐH của em đạt được tác dụng tốt hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn ! NHẬN XÉT ( Của giảng viên hướng dẫn ) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. MỤC LỤCCHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… 11.1. Đặt yếu tố ………………………………………………………………………………… 11.2. Mục đích điều tra và nghiên cứu …………………………………………………………………. 2CH ƯƠNG 2 : TỔNG QUAN LÍ THUYẾT ……………………………………………… 42.1. Khái quát về IoT …………………………………………………………………………. 42.1.1. Khái niệm ………………………………………………………………………………. 42.1.2. Xu hướng và đặc thù ……………………………………………………………… 52.1.3. Ứng dụng ………………………………………………………………………………. 82.1.4. Một số tác nhân cản trở sựu tăng trưởng của IoT …………………………… 122.2. Kit nodeMCU / esp8266 ………………………………………………………………. 142.2.1. Lịch sử hình thành và khái niệm ………………………………………………. 142.2.2. Tổng quan về nodeMCU / esp8266 ……………………………………………. 162.2.3. Các loại modules ESP ……………………………………………………………. 182.2.4. Cấu tạo và nguyên lí thao tác của nodeMCU / esp8266 …………….. 222.3. Cảm biến ………………………………………………………………………………….. 252.3.1. Tổng quan về cảm ứng …………………………………………………………… 252.3.2. Cảm biến nhiệt độ, nhiệt độ DHT11 ……………………………………………. 312.3.3. Cảm biến nhiệt độ đất …………………………………………………………….. 36CH ƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH …………………………. 403.1. Thiết kế phần cứng …………………………………………………………………. 403.1.1 Phương án phong cách thiết kế ………………………………………………………………. 403.1.2 Sơ đồ khối phần cứng ………………………………………………………….. 403.2. Thiết kế ứng dụng ……………………………………………………………………. 553.2.1. Web server ThingSpeak ……………………………………………………….. 553.2.2. Ứng dụng Blynk …………………………………………………………………. 613.3. Sơ đồ phong cách thiết kế và nguyên lí hoạt động giải trí ……………………………………….. 753.4. Code điều khiển và tinh chỉnh ………………………………………………………………………. 78K ẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ……………………………………………………………………… 94K ẾT LUẬN ……………………………………………………………………………………….. 95T ÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………………… 96DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 2.1 : Mô hình link IoT ……………………………………………………………… 4H ình 2.3 : Ứng dụng của IoT …………………………………………………………………. 9H ình 2.5 : kit nodeMCU ………………………………………………………………………. 16H ình 2.6 : Sơ đồ chân của nodeMCU ……………………………………………………. 22H ình 2.7 : Sơ đồ nguyên lí khối ESP 12 – CORE trong nodeMCU …………….. 22H ình 2.8 : Sơ đồ nguyên lí khối USB TO UART trong nodeMCU …………… 23H ình 2.9 : Sơ đồ nguyên lí khối POWER trong nodeMCU …………………….. 23H ình 2.11 : Sơ đồ nguyên lí khối KEY trong nodeMCU …………………………. 24H ình 2.18 : Đọc dữ liệu Bit 0 ……………………………………………………………….. 35H ình 2.12 : Sơ đồ nguyên lí khối ADC trong nodeMCU …………………………. 24H ình 2.13 : Các loại cảm ứng ………………………………………………………………. 31H ình 2.14 : Cảm biến DHT11 ………………………………………………………………. 32H ình 2.15 : Kích thước cảm ứng DHT11 ……………………………………………… 32H ình 2.16 : Kết nối DHT11 với vi xử lí …………………………………………………. 33H ình 2.17 : Gửi tín hiệu Start hoạt động giải trí trong DHT11 ………………………….. 34H ình 2.19 : Đọc dữ liệu Bit 1 ………………………………………………………………… 35H ình 2.20 : Cảm biến nhiệt độ đất …………………………………………………………… 36H ình 2.21 : Sơ đồ nguyên lí của cảm ứng nhiệt độ đất ……………………………… 37H ình 3.1 : sơ đồ khối phần cứng …………………………………………………………… 41H ình 3.2 : Sơ đồ chân của nodeMCU ……………………………………………………. 42H ình 3.3 : Kích thước của nodeMCU ……………………………………………………. 43H ình 3.4 : tính năng những chân của nodeMCU ……………………………………….. 43H ình 3.5 : Module cảm ứng DHT11 …………………………………………………….. 44H ình 3.6 : Sơ đồ nguyên lí của cảm ứng DHT11 ……………………………………. 45H ình 3.7 : module cảm ứng nhiệt độ đất …………………………………………………. 46H ình 3.8 : Sơ đồ nguyên lí của cảm ứng nhiệt độ đất ……………………………….. 46H ình 3.9 : LCD 16×4 …………………………………………………………………………… 48H ình 3.10 : Kích thước của màn hình hiển thị LCD 16×4 …………………………………… 48H ình 3.11 : module điều khiển và tinh chỉnh màn hình hiển thị tiếp xúc I2C ………………………….. 50H ình 3.12 : liên kết LCD 16×4 với module tiếp xúc tinh chỉnh và điều khiển I2C …………. 51H ình 3.13 : Module relay 2 kênh ………………………………………………………….. 52H ình 3.14 : Sơ đồ nguyên lí của module relay 2 kênh …………………………….. 53H ình 3.15 : Sơ đồ chân của module relay 2 kênh …………………………………… 53H ình 3.16 : máy bơm …………………………………………………………………………… 54H ình 3.17 : tạo thông tin tài khoản trên Thingspeak ……………………………………………. 56H ình 3.18 : Đăng nhập vào Thingspeak ………………………………………………… 57H ình 3.19 : tạo New Channel ……………………………………………………………….. 57H ình 3.20 : tạo New Channel ……………………………………………………………….. 58H ình 3.21 : Giao diện My Channels ……………………………………………………… 59H ình 3.22 : API keys của Channel ………………………………………………………… 60H ình 3.23 : Nhập API Keys vào chương trình ……………………………………….. 60H ình 3.24 : hiển thị tài liệu lên Channel ……………………………………………….. 61H ình 3.25 : Ứng dụng Blynk ………………………………………………………………… 61H ình 3.26 : Mô hình liên kết của Blynk …………………………………………………. 62H ình 3.27 : Tạo thông tin tài khoản trên Blynk …………………………………………………… 64H ình 3.28 : Tạo Project mới ………………………………………………………………… 64H ình 3.29 : tạo Project mới ………………………………………………………………….. 65H ình 3.30 : Chọn thiết bị liên kết ………………………………………………………….. 65H ình 3.31 : Tạo những Widget …………………………………………………………………. 66H ình 3.32 : thiết lập GAUSE cho nhiệt độ ……………………………………………….. 67H ình 3.33 : setup những chỉ số của nhiệt độ …………………………………………….. 67H ình 3.34 : thiết lập thông số kỹ thuật cho nhiệt độ …………………………………………………. 68H ình 3.35 : Cài đặt thông số kỹ thuật cho nhiệt độ đất …………………………………………… 69H ình 3.36 : Thêm đèn LED ………………………………………………………………….. 69H ình 3.37 : Cài đặt đèm LED hiển thị bơm …………………………………………… 70H ình 3.38 : Cài đặt LED cho đèn …………………………………………………………. 70H ình 3.39 : Cài đặt ảnh báo điện thoại cảm ứng …………………………………………………. 71H ình 3.40 : Lấy Widget nút bấm ………………………………………………………….. 72H ình 3.41 : Cài đặt nút bấm cho bơm …………………………………………………… 73H ình 3.42 : Cài đặt nút bấm cho đèn ……………………………………………………. 74H ình 3.43 : Lấy Token ………………………………………………………………………… 74H ình 3.44 : Nhập Token vào code chương trình …………………………………….. 75H ình 3.45 : Sơ đồ khối phần cứng ………………………………………………………… 75H ình 3.48 : Cài đặt những thông số kỹ thuật Board nodeMCU ………………………………… 80H ình 3.47 : Intall Board ESP8266 ………………………………………………………… 79DANH MỤC BẢNGBảng 2.1 : Các loại module ESP …………………………………………………………… 19B ảng 2.2 : So sánh cảm nhận của cảm ứng qua 5 giác quan …………………… 26B ảng 3.1 : liên kết chân của DHT11 với nodeMCU ………………………………… 45B ảng 3.3 : Sơ đồ chân và giá trị những chân của LCD 16×4 ………………………… 49B ảng 3.4 : liên kết chân nodeMCU với module điều khiển và tinh chỉnh tiếp xúc I2C ….. 52B ảng 3.5 : Kết nối chân của nodeMCU với những linh phụ kiện ………………………… 76DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTViết tắtĐầy đủÝ nghĩaIoTInternet of ThingInternet vạn vậtSoCSystem on ChipHệ thống trên chípMessage Queuing TelemetryLà một giao thức gởi dạngTransportpublish / subscribeMicro Controller UnitHệ thống vi điều khiểnMQTTMCUMột loại cấu trúc vi giải quyết và xử lý 32 bit và 64ARMA dvanced RISC Machinebit kiểu RISC được sử dụng rộng rãitrong những phong cách thiết kế nhúngCPUCentral Processing UnitBộ xử lí trung tâmLCDLiquid crystal displayMàn hình tinh thể lỏngVGAVideo Graphics ArrayChuẩn hiển thị máy tínhTCPTransmission Control Protocol Giao thức trấn áp truyền tảiIPInternet ProtocolGiao thức internetCổng nguồn vào và ra với mục tiêu cơGPIOGeneral Purpose Input Outputbản, thực tiễn nó là những chân đầu ra, đầuvào đa tính năng. UARTADCUniversal AsynchronousReceiver – TransmitterAnalog-to-digital converter, Là một mạch tích hợp được sử dụngtrong việc truyền dẫn tài liệu nối tiếpgiữa máy tính và những thiết bị ngoại vi. Mạch quy đổi tương tự như sang sốĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpCHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU1. 1. Đặt vấn đềTừ trước tới nay nông nghiệp là một trong những nghành ít được áp dụngcông nghệ nhất. Đặc biệt là ở những vương quốc đang tăng trưởng và chậm tăng trưởng, nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào vào kinh nghiệm tay nghề của những người nông dânvề đặc tính của cây cối, về thời tiết … Chính vì thế, hiệu suất và hiệu suấtcanh tác gần như được để ngỏ, mang tính “ may, rủi ”. Trong khi đó, trước những thử thách về biến hóa khí hậu, ngày càng tăng dân sốnhanh chóng, yếu tố bảo vệ đủ lương thực là một trong những thách thứcmang tính toàn thế giới. Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những phương pháp tốthơn để ngày càng tăng hiệu suất cao sản xuất. Cách duy nhất chính là vận dụng công nghệmới vào hoạt động giải trí sản xuất, canh tác. Trong toàn cảnh ngày này xã hội càng lo lắng về chất lượng cũng như antoàn thực phẩm. Điều then chốt trong việc đánh tan quan ngại này, và góp phầnthúc đẩy nâng cao chất lượng mẫu sản phẩm nông nghiệp, là việc nâng cao tính minhbạch, chuyên nghiệp, và khoa học của chuỗi sản xuất nông nghiệp. IoT đóng vaitrò lớn trong việc giúp sự minh bạch và chuyên nghiệp này trở nên đáng tin cậyhơn. Có thể lấy vài ví dụ như việc lắp ráp thẻ cảm ứng vào tai lợn để theo dõi vàthu thập dữ liệu về quy trình chăn nuôi ; hay việc quản lí điều kiện kèm theo môi trườngcây trồng, yếu tố dinh dưỡng trong cây xanh, quy trình tiến độ tự động hóa trong việcchăm sóc cho đến giải quyết và xử lý, đóng gói, bán sỉ và lẻ, giúp từng khuôn thịt khi đến tayngười dùng đều kèm theo một hồ sơ quản trị được tàng trữ đáng đáng tin cậy giúp toànbộ quy trình tiến độ sản xuất trở nên minh bạch hơn. GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 1S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpHình 1.1 : Minh họa IoT trong nông nghiêpChính thế cho nên, người tiêu dùng loại sản phẩm nông nghiệp cũng nên chờ mongvào ứng dụng IoT và việc đưa những ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp sẽ giúpminh chứng rõ nhất cho việc IoT đem lại hiệu suất cao to lớn như thế nào. Đó chínhlà nguyên do mà nông nghiệp là nghành đang được chăm sóc góp vốn đầu tư và được nhiềustartup lựa chọn để gọi vốn. 1.2. Mục đích nghiên cứuMục đích tổng thể và toàn diện của nghiên cứu và điều tra là : phong cách thiết kế, thiết kế xây dựng quy mô vườngiám sát điều kiện kèm theo môi trường tự nhiên cây cối, tự động hóa bơm tưới mưu trí, điềukhiển từ xa trải qua smart phone tương thích với cây xanh trong nhà tại những khuđô thị hay những khu vườn quy mô vừa và nhỏ. Với những tiềm năng đơn cử : – Tự động : mạng lưới hệ thống vườn điều khiển và tinh chỉnh bơm tưới mưu trí có công dụng tựđộng, giảm thiểu tối đá sức ảnh hưởng tác động từ sức lao động. – Năng suất, hiệu suất cao : có hiệu suất khá cao, hiệu suất cao lớn, khi cây đượcchăm sóc theo nhu yếu của chính cây cối dựa trên những yếu tố của môitrường trồng như nhiệt độ, nhiệt độ hay nhiệt độ trong đât. GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 2S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệp – Tiết kiệm được thời hạn : Giảm thiểu tối đa sức lực lao động và thời hạn chămsóc cho con người. – Kinh tế : Mô hình vườn mưu trí được phong cách thiết kế với những bộ phận, linhkiện và công nghệ tiên tiến tối giản nhất nhằm mục đích vừa hoàn toàn có thể cung ứng được nhu yếu vàvừa tiết kiệm ngân sách và chi phí ngân sách để làm thế nào cho quy mô vừa có hiệu suất cao vừa khônggây tốn kém kinh tế tài chính. GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 3S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpCHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN LÍ THUYẾT2. 1. Khái quát về IoT2. 1.1. Khái niệmMạng lưới vạn vật liên kết Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nốiInternet viết tắt là IoT ( Internet of Things ) là một ngữ cảnh của quốc tế, khi màmỗi vật phẩm, con người được cung ứng một định danh của riêng mình, và toàn bộ cókhả năng truyền tải, trao đổi thông tin, tài liệu qua một mạng duy nhất mà khôngcần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã tăng trưởng từ sự quy tụ của công nghệ tiên tiến không dây, công nghệ vi cơ điện tửvà Internet. Nói đơn thuần là một tập hợp những thiết bị có năng lực liên kết vớinhau, với Internet và với quốc tế bên ngoài để thực thi một việc làm nào đó. Hình 2.1 : Mô hình link IoTMột vật trong IoT hoàn toàn có thể là một người với một trái tim cấy ghép ; một độngvật ở trang trại với bộ chip sinh học ; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnhbáo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kể vật thể tự nhiên hay tự tạo nào mà cóthể gán được một địa chỉ IP và cung ứng năng lực truyền dữ liệu thông quamạng lưới. Cho đến nay, IoT là những link máy-đến-máy ( M2M ) trongGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 4S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpngành sản xuất, công nghiệp nguồn năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sảnphẩm được tích hợp máy-đến-máy thường được xem như thể mưu trí. 2.1.2. Xu hướng và đặc thù • Thông minhSự mưu trí và tự động hóa trong tinh chỉnh và điều khiển thực ra không phải là một phầntrong sáng tạo độc đáo về IoT. Các máy móc hoàn toàn có thể thuận tiện phân biệt và phản hồi lại môitrường xung quanh ( ambient intelligence ), chúng cũng hoàn toàn có thể tự điều khiển và tinh chỉnh bảnthân ( autonomous control ) mà không cần đến liên kết mạng. Tuy nhiên, trongthời gian gần đây người ta mở màn điều tra và nghiên cứu tích hợp hai khái niệm IoT vàautonomous control lại với nhau. Tương lai của IoT hoàn toàn có thể là một mạng lưới cácthực thể mưu trí có năng lực tự tổ chức triển khai và hoạt động giải trí riêng không liên quan gì đến nhau tùy theo tìnhhuống, thiên nhiên và môi trường, đồng thời chúng cũng hoàn toàn có thể liên lạc với nhau để trao đổithông tin, tài liệu. Việc tích hợp trí mưu trí vào IoT còn hoàn toàn có thể giúp những thiết bị, máy móc, ứng dụng tích lũy và nghiên cứu và phân tích những dấu vết điện tử của con người khi chúng tatương tác với những thứ mưu trí, từ đó phát hiện ra những tri thứcmới liên quantới đời sống, môi trường tự nhiên, những mối tương tác xã hội cũng như hành vi conngười. • Kiến trúc dựa trên sự kiệnCác thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo những sự kiện diễn ra tronglúc chúng hoạt động giải trí theo thời hạn thực. Một số nhà nghiên cứu từng nói rằngmột mạng lưới những sensor chính là một thành phần đơn thuần của IoT. • Là một mạng lưới hệ thống phức tạpTrong một quốc tế mở, IoT sẽ mang đặc thù phức tạp bởi nó gồm có mộtlượng lớn những đường link giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau, ngoài những còn bởi năng lực thêm vào những tác nhân mới. • Kích thướcGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 5S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpMột mạng lưới IoT hoàn toàn có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nốivà mạng lưới này hoàn toàn có thể theo dõi sự chuyển dời của từng đối tượng người dùng. Một conngười sống trong thành thị hoàn toàn có thể bị bảo phủ xung quanh bởi 1000 đến 5000 đốitượng có năng lực theo dõi. • Vấn đề khoảng trống, thời gianTrong IoT, vị trí địa lý đúng chuẩn của một vật nào đó là rất quan trọng. Hiện nay, Internet hầu hết được sử dụng để quản trị thông tin được giải quyết và xử lý bởi con người. Do đó những thông tin như khu vực, thời hạn, khoảng trống của đối tượng người tiêu dùng khôngmấy quan trọng bởi người giải quyết và xử lý thông tin hoàn toàn có thể quyết định hành động những thông tin này cócần thiết hay không, và nếu cần thì họ hoàn toàn có thể bổ trợ thêm. Trong khi đó, IoT vềlý thuyết sẽ tích lũy rất nhiều tài liệu, trong đó hoàn toàn có thể có tài liệu thừa về địađiểm, và việc giải quyết và xử lý tài liệu đó được xem như không hiệu suất cao. Ngoài ra, việc xửlý một khối lượng lớn tài liệu trong thời hạn ngắn đủ để cung ứng cho hoạt độngcủa những đối tượng người tiêu dùng cũng là một thử thách lúc bấy giờ. • Luồng nguồn năng lượng mớiHiện nay, IoT đang trải qua tiến trình tăng trưởng ” bộc phát ” và điều này xảy ranhờ vào một số ít tác nhân, trong đó gồm IPv6, 4G, ngân sách, tính sẵn có của côngnghệ. Gary Atkinson, Giám đốc tiếp thị mẫu sản phẩm nhúng của ARM cho rằng, đãcó nhiều thiết bị chứng tỏ rằng hoàn toàn có thể thu thập dữ liệu và truyền tải tài liệu trênmạng nhưng chỉ có giá khoảng chừng 40USD / loại sản phẩm. Hiện nay, tất cả chúng ta có thểnhìn thấy những bộ vi tinh chỉnh và điều khiển 32 – bit nền tảng ARM có giá dưới chỉ trên dưới1USD ( chỉ ở 23.000 đồng – thời giá tháng 4/2017 ). Với bộ vi điều khiển và tinh chỉnh này, bạn hoàn toàn có thể làm nhiều điều trên đó. Thu thập và truyền tài liệu rẻ hơn nhiều : chỉ50 xu cho một bộ vi tinh chỉnh và điều khiển 32 – bit của ARM.ARM đã ” nhanh chân ” trong việc nhận ra rằng, ổ đĩa có xu thế sử dụng cácbộ vi điều khiển và tinh chỉnh 32 – bit là giải pháp cho những người có dự tính triển khai một sốquyết định của riêng họ theo một cách tự động hóa. Gary tin rằng, năng lực của cácGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 6S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpbộ vi tinh chỉnh và điều khiển này ngày càng tăng, điều này có nghĩa là người dùng hoàn toàn có thể làmnhững điều mà trước kia là bất khả. Trong 5 năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thị trường. Những thử thách đang diễn ra là quản trị tài liệu và chuyển sang IPv6 ( IPv6 đãsẵn sàng và chạy với địa chỉ đã được cấp phép. IPv4 đã hết sạch và 2011 chỉ cònlại những địa chỉ sau cuối ). Axel Pawlik, Giám đốc Quản lý của RIPE NCC lý giải tại sao IPv6 cần thiếtcho tương lai của IoT, với IPv6 tất cả chúng ta sẽ có lượng địa chỉ phong phú và đa dạng và điềunày sẽ mở ra năng lực gán địa chỉ cho mỗi thiết bị ( gadget ) và chip. Các giảipháp sẽ thuận tiện và đơn thuần hơn, rõ ràng hơn, hoàn toàn có thể hồi sinh đến từng mục địachỉ riêng, và khoanh vùng phạm vi tăng trưởng vô cùng to lớn. Lan Pearson, nhà tương lai học với thành tích ấn tượng tại những hãng như BT, Canon và Fujitsu cho rằng, những gì mà tất cả chúng ta thấy ở đây là chưa có tiền lệhội tụ và tăng trưởng nhanh gọn, không giống như bất kể điều gì tất cả chúng ta từngthấy trước đó. Động lực cho việc này chính là áp lực đè nén hướng đến công nghệ tiên tiến mới, để giúp tất cả chúng ta tạo ra những chiếc máy tính nhanh hơn, những ổ đĩa có tốc độquay nhanh hơn …. Hình 2.2 : Xu hướng và tính chấtGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 7S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệp2. 1.3. Ứng dụngTheo Gartner, Inc. ( một công ty nghiên cứu và điều tra và tư vấn công nghệ tiên tiến ), sẽ có gần26 tỷ thiết bị trên IoT vào năm 2020. ABI Research ước tính rằng hơn 30 tỷ thiếtbị sẽ được liên kết không dây với ” Kết nối mọi thứ ” ( Internet of Everything ) vàonăm 2020. Theo một cuộc khảo sát và nghiên cứu và điều tra gần đây được thực thi bởiDự án Internet Pew Research, một phần đông những chuyên viên công nghệ tiên tiến đã hưởngứng tham gia sử dụng Internet of Things với 83 % đồng ý chấp thuận quan điểm cho rằngInternet / Cloud of Things, nhúng và giám sát đeo ( và những mạng lưới hệ thống năng động, tương ứng ) sẽ có ảnh hưởng tác động thoáng rộng và mang lại quyền lợi đến năm 2025. Như vậy, rõ ràng là IoT sẽ gồm có một số lượng rất lớn những thiết bị được liên kết vớiInternet. Tích hợp với mạng Internet có nghĩa rằng thiết bị này sẽ sử dụng một địachỉ IP như thể một định danh duy nhất. Tuy nhiên, do sự hạn chế khoảng trống địachỉ của IPv4 ( được cho phép 4,3 tỷ địa chỉ duy nhất ), những đối tượng người dùng trong IOT sẽ phảisử dụng IPv6 để tương thích với khoảng trống địa chỉ cực kỳ lớn thiết yếu. Các đốitượng trong IoT sẽ không chỉ có những thiết bị có năng lực cảm nhận xung quanh, mà còn cung ứng năng lực truyền động ( ví dụ, củ hoặc khóa điều khiển và tinh chỉnh thôngqua Internet ). Ở một mức độ lớn, tương lai của Internet of Things sẽ không thểkhông có sự tương hỗ của IPv6 ; và do đó việc vận dụng toàn thế giới của IPv6 trongnhững năm tới sẽ rất quan trọng cho sự tăng trưởng thành công xuất sắc của IOT trongtương lai. Khả năng liên kết vào mạng của thiết bị nhúng với CPU, bộ nhớ số lượng giới hạn vànăng lượng bền chắc. IoT được ứng dụng trong hầu hết những nghành. Hệ thống nhưvậy hoàn toàn có thể có trách nhiệm tích lũy thông tin trong những thiết lập khác nhau, từ cáchệ sinh thái xanh tự nhiên cho những tòa nhà và những xí nghiệp sản xuất, do đó việc tìm kiếm cácứng dụng trong nghành nghề dịch vụ cảm ứng môi trường tự nhiên và quy hoạch đô thị. Mặt khác, mạng lưới hệ thống IoT cũng hoàn toàn có thể thực thi những hành vi, không chỉcảm nhận mọi thứ xung quanh. Hệ thống shopping mưu trí, ví dụ, có thểGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 8S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọccỨng dụngng IoT trong nông nghiệpnghitheo dõi thói quen mua ngườingdùng cần ở một shop bằngng cách theo dõi điệnthoại di động của họ. NgườiNgư dùng sau đó hoàn toàn có thể được cung cấpp những ccập nhật trênsản phẩm yêu quý củaa họ, h hoặc thậm chí còn là vị trí của những mụcc mà hhọ cần, haytủ lạnh của họ cần. Tất cảả đã tự động hóa chuyển vào điện thoại thông minh, i, ví dụd bổ trợ cáccảm biến trong những ứng dụụng phản ứng lại với nhiệt độ môi trường tự nhiên, ng, điện và quảnlý nguồn năng lượng, cũng nhưư hỗh trợ hành trình dài của những hệ thốngng giao thông vận tải vvận tải. Tuy nhiên, những ứng dụng của IoT không chỉ giới hạnn trong những llĩnh vực này. Trường hợp sử dụngng chuyên ngành khác củac IoT cũng hoàn toàn có thể tồồn tại. Một cáinhìn tổng quan về một sốố nghành ứng dụng điển hình nổi bật nhất đượcc cung ccấp ở đây. Dựa trên những miền ứngng dụng, mẫu sản phẩm IoT hoàn toàn có thể chia thành nănăm loại khácnhau : thiết bị đeoeo mưu trí, nhà mưu trí, thành phốph mưu trí, môitrường mưu trí, nh, và doanh nghinghiệp mưu trí. Các sản phẩmm và gigiải phápIoT trong mỗi thị trườngng có đặc thù khác nhau. Hình 2.3 : Ứng dụng của IoTGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng9Sinh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpIoT có ứng dụng rộng vô cùng, hoàn toàn có thể kể ra một số ít thứ như sau : – Quản lý chất thải – Quản lý và lập kế hoạch quản trị đô thị – Quản lý môi trường tự nhiên – Phản hồi trong những tinh huống khẩn cấp – Mua sắm mưu trí – Quản lý những thiết bị cá thể – Đồng hồ đo mưu trí – Tự động hóa ngôi nhàMột trong những yếu tố với IoT đó là năng lực tạo ra một ứng dụng IoTnhanh chóng. Để khắc phục, lúc bấy giờ nhiều hãng, công ty, tổ chức triển khai trên thế giớiđang điều tra và nghiên cứu những nền tảng giúp kiến thiết xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT. Đạihọc British Columbia ở Canada hiện đang tập trung chuyên sâu vào một bộ toolkit cho phépphát triển ứng dụng IoT chỉ bằng những công nghệ tiên tiến / tiêu chuẩn Web cũng như giaothức phổ cập. Công ty như ioBridge thì cung ứng giải pháp liên kết và điềukhiển phần nhiều bất kể thiết bị nào có năng lực liên kết Internet, kể cả đèn bàn, quạt máy … Broadcom mới gần đây cũng đã trình làng hai con chip có mức tiêu thụ điện thấpvà giá rẻ dành cho những thiết bị ” Internet of things “. SoC tiên phong, BCM4390, được tích hợp một bộ thu phát sóng Wi-Fi 802.11 b / g / n hiệu suất cao để có thểdùng với những vi tinh chỉnh và điều khiển 8 hoặc 16 – bit. Broadcom nói rằng loại sản phẩm này cóthể dùng trong những nồi nấu ăn mưu trí, bóng đèn, mạng lưới hệ thống bảo mật an ninh cũng nhưcác thiết bị gia dụng có năng lực tinh chỉnh và điều khiển và quản trị từ xa. SoC thứ hai, BCM20732, thì được tích hợp bộ thu phát tín hiệu Bluetooth và nhắm đếnnhững máy móc như bộ đo nhịp tim, bộ đo bước chạy, thiết bị cảnh báo nhắc nhở khi cóvật gì đến gần hoặc ổ khóa cửa mưu trí. Broadcom cũng đã góp phần những tậplệnh ứng dụng tương hỗ cho cả công nghệ tiên tiến Bluetooth thường và Bluetooth Smartvào dự án Bất Động Sản Android Open Source ( AOSP ). Hiện bản mẫu của hai con chip nàyGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 10S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpđang được giao đến đối tác chiến lược phần cứng và dự kiến sẽ được sản xuất đại trà phổ thông trongquý 4 năm nay. • Quản lý hạ tầngGiám sát và trấn áp những hoạt động giải trí của hạ tầng đô thị và nông thôn nhưcầu, đường ray tàu hỏa, trên và trang trại là một ứng dụng quan trọng của IoT. Các hạ tầng IoT hoàn toàn có thể được sử dụng để theo dõi bất kể sự kiện hoặcnhững biến hóa trong điều kiện kèm theo cơ cấu tổ chức mà hoàn toàn có thể thỏa hiệp bảo đảm an toàn và làm tăngnguy cơ. Nó cũng hoàn toàn có thể được sử dụng để lập kế hoạch hoạt động giải trí sửa chữa thay thế vàbảo trì một cách hiệu suất cao, bằng cách phối hợp những trách nhiệm giữa những nhà cungcấp dịch vụ khác nhau và người sử dụng của những cơ sở này. Thiết bị IoT cũng cóthể được sử dụng để trấn áp hạ tầng quan trọng như cầu để cung cấptruy cập vào tàu. Cách sử dụng của những thiết bị iốt để theo dõi và hạ tầng hoạtđộng có năng lực cải tổ quản trị sự cố và phối hợp ứng phó khẩn cấp, và chấtlượng dịch vụ, tăng lần và giảm ngân sách hoạt động giải trí trong tổng thể những nghành cơ sởhạ tầng tương quan. Ngay cả những nghành nghề dịch vụ như quản trị chất thải đứng được hưởnglợi từ tự động hóa và tối ưu hóa hoàn toàn có thể được đưa vào bởi IoT. • Y tếThiết bị IoT hoàn toàn có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe thể chất từ xa và hệthống thông tin khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe thể chất hoàn toàn có thể xê dịch từhuyết áp và nhịp tim màn với những thiết bị tiên tiến và phát triển có năng lực giám sát cấyghép đặc biệt quan trọng, ví dụ điển hình như máy điều hòa nhịp hoặc trợ thính tiên tiến và phát triển, cảmbiến đặc biệt quan trọng cũng hoàn toàn có thể được trang bị trong khoảng trống sống để theo dõi sứckhỏe và thịnh vượng chung là người già, trong khi cũng bảo vệ giải quyết và xử lý thích hợpđang được quản trị và tương hỗ người dân lấy lại mất tính di động trải qua điềutrị là tốt. Thiết bị tiêu dùng khác để khuyến khích lối sống lành mạnh, chẳng hạnnhư, quy mô liên kết hoặc máy theo dõi tim mạch, cũng là một năng lực của IoT. • Xây dựng và tự động hóa nhàGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 11S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpThiết bị IoT hoàn toàn có thể được sử dụng để giám sát và trấn áp những mạng lưới hệ thống cơ khí, điện và điện tử được sử dụng trong nhiều mô hình tòa nhà ( ví dụ, công cộng vàtư nhân, công nghiệp, những tổ chức triển khai, hoặc nhà ở ). Hệ thống tự động hóa, như cáctòa nhà tự động hóa mạng lưới hệ thống, thường được sử dụng để điều khiển và tinh chỉnh chiếu sáng, sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, mạng lưới hệ thống thông tin liên lạc, giảitrí và những thiết bị bảo mật an ninh mái ấm gia đình để nâng cao sự tiện nghi, tự do, hiệu quảnăng lượng và bảo mật an ninh. • Giao thôngCác loại sản phẩm IoT hoàn toàn có thể tương hỗ trong việc tích hợp những thông tin liên lạc, kiểmsoát và giải quyết và xử lý thông tin qua nhiều mạng lưới hệ thống giao thông vận tải vận tải đường bộ. Ứng dụng của IoTmở rộng đến tổng thể những góc nhìn của mạng lưới hệ thống giao thông vận tải, tức là xe, cơ sở hạtầng, và người lái xe hoặc sử dụng. Năng động, tương tác giữa những thành phầncủa một mạng lưới hệ thống giao thông vận tải vận tải đường bộ được cho phép tiếp thị quảng cáo giữa nội và xe cộ, điều khiển và tinh chỉnh giao thông vận tải mưu trí, bãi đậu xe mưu trí, mạng lưới hệ thống thu phí điệntử, quản trị đội xe, điều khiển và tinh chỉnh xe, bảo đảm an toàn và tương hỗ đường đi bộ. Còn rất nhiều những ứng dụng từ nhỏ đến lớn khác mà IoT hoàn toàn có thể tạo nên vàđề tài cũng đang ứng dụng IoT vào điều tra và nghiên cứu và kiến thiết xây dựng quy mô IoTtrong nông nghiệp. 2.1.4. Một số tác nhân cản trở sựu tăng trưởng của IoT • Chưa có một ngôn từ chungỞ mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bịkhác. Nếu chỉ riêng có liên kết không thôi thì không có gì bảo vệ rằng những thiếtbị biết cách trò chuyện nói nhau. Ví dụ, bạn hoàn toàn có thể đi từ Nước Ta đến Mỹ, nhưng không bảo vệ rằng bạn hoàn toàn có thể chuyện trò với người Mỹ. Để những thiết bị hoàn toàn có thể tiếp xúc với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức ( protocols ), hoàn toàn có thể xem là một thứ ngôn từ chuyên biệt để xử lý một tácvụ nào đó. Chắc chắn bạn đã không ít sử dụng một trong những giao thức phổbiến nhất quốc tế, đó là HyperText Transfer Protocol ( HTTP ) để tải web. NgoàiGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 12S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpra tất cả chúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổifile. Những giao thức như thế này hoạt động giải trí ổn bởi những sever web, mail và FTPthường không phải nói với nhau nhiều, khi cần, một ứng dụng biên dịch đơngiản sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau. Còn với những thiết bị IoT, chúng phải đảm đương rất nhiều thứ, phải trò chuyện với nhiều loại máy mócthiết bị khác nhau. Đáng tiếc rằng hiện người ta chưa có nhiều sự đồng thuận vềcác giao thức để IoT trao đổi tài liệu. Nói cách khác, trường hợp này gọi là ” giaotiếp thất bại “, một bên nói nhưng bên kia không thèm ( và không hề ) nghe. • Hàng rào subnetworkNhư đã nói ở trên, thay vì tiếp xúc trực tiếp với nhau, những thiết bị IoT hiện naychủ yếu liên kết đến một sever TT do hãng sản xuất một nhà phát triểnnào đó quản trị. Cách này cũng vẫn ổn thôi, những thiết bị vẫn trọn vẹn nóichuyện được với nhau trải qua công dụng phiên dịch của sever rồi. Thếnhưng mọi chuyện không đơn thuần như thế, cứ mỗi một mạng lưới như thế tạothành một subnetwork riêng, và buồn thay những máy móc nằm trong subnetworknày không hề tiếp xúc tốt với subnetwork khác. Lấy ví dụ như xe xe hơi ví dụ điển hình. Một chiếc Ford Focus hoàn toàn có thể tiếp xúc cực kìtốt đến những dịch vụ và TT tài liệu của Ford khi gửi tài liệu lên mạng. Nếumột bộ phận nào đó cần sửa chữa thay thế, mạng lưới hệ thống trên xe sẽ thông tin về Ford, từ đóhãng liên tục thông tin đến người dùng. Nhưng trong trường hợp chúng tamuốn tạo ra một mạng lưới hệ thống cảnh báo nhắc nhở kẹt xe thì mọi chuyện rắc rối hơn nhiều bởixe Ford được thiết lập chỉ để chuyện trò với server của Ford, không phải vớiserver của Honda, Audi, Mercedes hay BMW. Lý do cho việc tiếp xúc thất bại ? Chúng ta thiếu đi một ngôn từ chung. Và để thiết lập cho những mạng lưới hệ thống này nóichuyện được với nhau thì rất tốn kém, đắt tiền. GVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 13S inh viên : Nguyễn Hữu PhiĐồ án tốt nghiệp Đại HọcỨng dụng IoT trong nông nghiệpMột số trong những yếu tố nói trên chỉ đơn thuần là yếu tố về kiến trúc mạng, vềkết nối mà những thiết bị sẽ liên lạc với nhau ( Wifi, Bluetooth, NFC, … ). Những thứnày thì tương đối dễ khắc phục với công nghệ tiên tiến không dây thời nay. Còn với cácvấn đề về giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật cản lớn và trựctiếp trên còn đường tăng trưởng của Internet of Things. • Có quá nhiều ” ngôn từ địa phương ” Bây giờ giả sử như những nhà phân phối xe xe hơi nhận thấy rằng họ cần một giao thứcchung để xe của nhiều hãng hoàn toàn có thể trao đổi tài liệu cho nhau và họ đã phát triểnthành công giao thức đó. Thế nhưng yếu tố vẫn chưa được xử lý. Nếu cáctrạm thu phí đường đi bộ, những trạm bơm xăng muốn tiếp xúc với xe thì sao ? Mỗimột loại thiết bị lại sử dụng một ” ngôn từ địa phương ” riêng thì mục tiêu củaIoT vẫn chưa đạt được đến mức tối đa. Đồng ý rằng tất cả chúng ta vẫn hoàn toàn có thể có mộttrạm trấn áp TT, thế nhưng những thiết bị vẫn chưa thật sự nói chuyệnđược với nhau. • Tiền và chi phíCách duy nhất để những thiết bị IoT hoàn toàn có thể thật sự tiếp xúc được với nhau đó là khicó một động lực kinh tế tài chính đủ mạnh khiến những nhà phân phối chấp thuận đồng ý san sẻ quyềnđiều khiển cũng như tài liệu mà những thiết bị của họ tích lũy được. Hiện tại, cácđộng lực này không nhiều. Có thể xét đến ví dụ sau : một công ty thu gom rácmuốn kiểm tra xem những thùng rác có đầy hay chưa. Khi đó, họ phải gặp nhà sảnxuất thùng rác, bảo vệ rằng họ hoàn toàn có thể truy vấn vào mạng lưới hệ thống quản trị của từngthùng một. Điều đó khiến ngân sách bị đội lên, và công ty thu gom rác hoàn toàn có thể đơngiản chọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một. 2.2. Kit nodeMCU / esp82662. 2.1. Lịch sử hình thành và khái niệmNodeMCU được tạo ra ngay sau khi ESP8266 ra đời. Vào ngày 30 tháng 12 năm 2013, Espressif Systems đã khởi đầu sản xuất ESP8266. ESP8266 là một Wi-Fi SoC ( System on Chip ) tích hợp với một lõi TensilicaGVHD : Ths Hoàng Anh Dũng 14S inh viên : Nguyễn Hữu Phi
Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay
