ĐỒ án môn học xây dựng mô hình tưới cây tự đông theo độ ẩm đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC Giáo viên hướng dẫn Nhữ Khải Hoàn Môn học Kỹ Thuật Vi Xử Lý Tên sinh viên Phan Xuân Tỵ Trần Minh Thành Lớp Điện – Điện Tử 20CDT1 Khánh Hòa, Tháng 4 Năm 2022 1 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nhữ Khải Hoàn – giảng viên bộ môn “Kỹ Thuật Vi Xử Lý” trong Khoa Điện – Điện Tử đã trang bị cho em những kiến thức, kỹ năng cơ bản cần có để hoàn thành đề tài nghiên cứu này Vì lý do Bluetooth không thể truyền đi xa nên em xin được sử dụng hình thức.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nhữ Khải Hoàn – giảng viên bộ môn

“Kỹ Thuật Vi Xử Lý” trong Khoa Điện – Điện Tử đã trang bị cho em những kiến thức,

kỹ năng cơ bản cần có để hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Vì lý do Bluetooth không thể truyền đi xa nên em xin được sử dụng hình thức gửidata giám sát về server mà module SIM 800A có sẵn Đồng thời có thể truy cập được ởbất cứ đâu trên mọi thiết bị

Ngoài ra, em cũng thiết kế giao diện giao tiếp để người dùng tiện thao tác thông quaweb server một cách thân thiện, dễ hiểu và dễ thao tác

Do thời gian còn hạn chế, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nên dù đã cố gắnghết sức nhưng phương án giải quyết bài toán của em chắc chắn không thể tránh khỏinhững thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè

để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

- Cơ sở lý thuyết Arduino, module SIM900A mini, cảm biến độ ẩm đất.

- Mô hình mạch nguyên lý, giải thuật và code điều khiển

- Thi công mô hình hệ thống tưới cây tự động theo độ ẩm đất theo yêu cầu :

- Tự ổn định độ ẩm đất

- Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua bluetooth

- Đánh giá kết quả đạt được và kiến nghị

GPS: Global Positioning System.

SMS: Short Message Service

CR: Carriage return

LF: Line Feed

MT: Mobile Terminal

TE: Terminal Equipment

HTTP: Hypertext Transfer Protocol

HTML: HyperText Markup Language

IP: Internet Protocol

CSS: Cascading Style Sheets

URL: Uniform Resource Locator

PHP: Hypertext Preprocessor

CMS: Content management system

IDE: Integrated Development Environment.PVC: Polyvinyl clorua

Chương 1

MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay trên thế giới việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất làrất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp Nhờ có ứng dụngcác công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng nông sản tăng lên đáng kể

So với nước ta hiện nay thì nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứngdụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Trong nông nghiệp ngoài những kĩ thuậttrồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt

để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường Tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầunông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm antoàn, đạt năng suất hiệu quả cao

Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa cácthiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế cho sức lao động của con người

Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo để đưa vào thực tiễn ngàycàng nhiều Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòinhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, ) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khácnhau được chế tạo từ nhiều quốc gia khác nhau tiêu biểu như: Israel, Mỹ, Trung Quốc, Rất tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình Việc thiết

kế, chế tạo một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp con người không phải tưới cây, khôngphải tốn chi phí nhân công tưới nước và có thể giám sát thời gian tưới 1 cách cụ thể nhất.Người lao động sẽ không cần quan tâm tới việc tưới cây mà cây vẫn sinh trưởng pháttriển tốt hơn nhờ việc tưới phù hợp và chính xác hơn Đồng thời can thiệp vào nền nôngnghiệp nước ta hạn chế phụ thuộc vào điều kiện khí hậu tự nhiên

Ngoài ra trên những tuyến đường ở khu vực trung tâm thành phố, chúng ta vẫn haybắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây cản trở, mất an toàn giaothông

Do đó đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình giám sát và điều khiển tưới cây tự động”được chọn để giải quyết các vấn đề nêu trên

1.2 Mục tiêu đề tài

Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu và thực hiện: “Thiết kế, chế tạo mô hìnhgiám sát và điều khiển tưới cây” từ đó đưa vào ứng dụng trong thực tiễn Giúp cho việctươi tiêu cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao

Hệ thống tích hợp module gọi điện/SMS sử dụng mạng di động, xử lý dữ liệu Hệthống sẽ thu nhận các tín hiệu của thiết bị đầu cuối (mobile), để thực hiện các lệnh điềukhiển tưới cây và phản hồi lại trạng thái của thiết bị được điều khiển

Module SIM 800AGSM/GPRS/GPS có thể làm việc tại các ví trí có phủ sóng củamạng điện thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, VinaPhone

1.3 Nội dung đề tài

Vì thời gian có hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề tài nên em chỉ thực hiệnnghiên cứu các vấn đề cơ bản như sau:

- Cơ sở lý thuyết Arduino, module SIM900A mini, cảm biến độ ẩm đất

- Mô hình mạch nguyên lý, giải thuật và code điều khiển

- Thi công mô hình hệ thống tưới cây tự động theo độ ẩm đất theo yêu cầu :

- Tự ổn định độ ẩm đất

- Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua bluetooth/Server

- Đánh giá kết quả đạt được và kiến nghị

-Chương 2

TỔNG QUAN2.1 Tổng quan về hệ thống tưới cây

2.1.1 Hệ thống tưới là gì?

Hệ thống tưới là một công cụ để chuyền tải một lượng nước từ nguồn nước đến cácđiểm khác nhau trên một phạm vi đất nào đó với mật độ bao phủ đồng đều cao phù hợpcho từng giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây

Ngày nay với sự phát triển của xã hội, khoa học công nghệ cụ thể là công nghệ ứngdụng vào nông nghiệp cũng từng bước nâng cao Lao động chân tay dần được thay thếbằng máy móc và hệ thống tưới nước cũng là một trong số đó Hệ thống tưới hay còn gọi

là hệ thống tưới tự động là một trong những hệ thống ứng dụng công nghệ tiên tiến nhấthiện nay Trước kia, để có nước canh tác người lao động phải tìm kiếm những nơi cónguồn nước dồi giàu hoặc là phải dùng sức mình vận chuyển từng khối nước tới tưới chocây trồng thì ngày nay chỉ cần một nút bấm cây đã có nước để hấp thụ Vừa giảm đượcthời gian, giảm được nhân công lao động lại vừa có thể kiểm soát tiết kiệm cho nguồnnước tránh khỏi việc hao phí nước

2.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống tưới cây.

Vì vấn đề có thể cung cấp đủ nước đảm bảo độ ẩm cho cây trồng phát triển, cũngnhư là tiết kiệm thời gian, tiết kiệm chi phí nhân công, tiết kiệm được nguồn nước nên hệthống tưới cây được ra đời và ngày càng hiện đại hơn:

Hình 2.1: Lịch sử phát triển quá trình tưới cây

Tưới thủ công bằng sức

Tưới tự độngĐiều khiển tưới từ xa

Robot tưới cây

2.1.3 Các phương pháp tưới được áp dụng hiện nay:

Tưới cây không chỉ đơn giản là hình thức tưới bình thường như chúng ta nghĩ mà nó

là một trong những biện pháp chủ yếu để sử dụng nước hợp lý, thích hợp cho từng loạicây trồng, nhằm tăng năng suất lao động và tăng năng suất cho cây trồng

Trong số những hệ thống tưới phổ biến, nổi bật lên ba hệ thống tưới tự động là tưới phunsương, tưới phun mưa và tưới nhỏ giọt Đặc điểm riêng của từng hệ thống như sau:

2.1.3.1 Hệ thống tưới phun sương

Hệ thống tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơmtăng áp khiến dòng nước phun ra có dạng hạt rất nhỏ, khuất tán nhanh vào không khí Vìđặc tính đó nên tưới phun sương chịu ảnh hưởng rất lớn bởi gió, nên thường chỉ được lắpđặt ở trong nhà kính, hoặc ở những nơi không chịu ảnh hưởng mạnh bởi các yếu tố khíhậu Tưới phun sương thường được lắp trong các khu vườn ươm giống, các vườn hoatrong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rau thủy canh, trồng hoa, tưới cảnh quan,… Ngoài ratưới phun sương còn được lắp trong các trang trại, nhà xưởng, quán café, giúp cho khônggian xung quanh luôn mát mẻ và dễ chịu

Khi bốc hơi nhanh sương hấp thu nhiệt và do đó làm giảm nhiệt độ của môi trườngxung quanh từ 5 – 70C

Hình 2.2: Hệ thống tưới phun sương.

 Ưu điểm:

- Cho phép khả năng kết hợp phân hóa học, thuốc khử trùng hòa tan vào nước

để rãi lên mặt vườn một cách đều và hiệu quả hơn

- Kích thước hạt nhỏ, mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng, không gâyhại cho cây

- Tiết kiệm nước tối ưu Thỏa mãn yêu cầu sinh lý của cây trồng: không chỉ vềnước mà còn về dinh dưỡng cũng như bảo vệ lớp đất có bộ rễ cây hoạt động

- Chống nóng, chống lạnh, điều hòa vi khí hậu, không gây ra hiện tượng sươngmuối và giúp điều hòa khí hậu tốt hơn hẳn Phù hợp với nhiều địa hình

 Nhược điểm:

- Đòi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý đểvận hành

- Chi phí đầu tư lớn

- Nguồn nước phải đảm bảo sạch

- Chịu ảnh hưởng lớn bởi gió và nhiệt độ

2.1.3.2 Hệ thống tưới phun mưa

Đây là phương pháp tưới mới được phát triển rộng rãi trong vòng 40 năm nay.Nguyên tắc chính của hệ thống tưới nước này là dùng máy bơm, ống dẫn nước và vòiphun để tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu phun tạo mưa, phun trực tiếp lên bềmặt lá cây Hệ thống này giúp người nông dân tưới cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nângcao hiệu quả kinh tế Hệ thống này được áp dụng phổ biến nhất do phù hợp với nhiều môhình canh tác từ hoa màu cho đến cây ăn quả, cây công nghiệp

Hình 2.3: Hệ thống tưới phun mưa.

 Ưu điểm:

- Tưới phun mưa có thể thực hiện ở nhiều địa hình, không gây xói mòn trôimàu, không phá vỡ cấu tượng của đất, không làm dập nát cây trồng vì có thểthực hiện được mức tưới nhỏ, tưới nhiều lần với cường độ tùy ý, thích hợpvới từng loại cây trồng đất đai đảm bảo mức nước cần tưới và độ phủ tươngđối đồng đều, bề mặt lá đều được tưới, làm sạch bụi bám trên lá rất hữu íchcho cây sinh trưởng phát triển, cải tạo vi khí hậu khu vực tưới, tưới tự độnghoàn toàn và dễ dàng vận hành

- Tưới phun mưa thuận tiện cho việc phòng trừ sâu bệnh và chống cỏ dại cóthể hòa lẫn các loại thuốc cùng với nước tưới cho cây trồng

- Tưới phun mưa nâng cao hệ số sử dụng hữu ích của hệ thống tưới và sử dụngnước trên đồng ruộng Ở Mỹ hệ số sử dụng hữu ích khi tưới phun mưa là0.67, còn phương pháp tưới khác là 0.56; ở Nhật hệ số sử dụng hữu ích khitưới phun mưa là 0.75 – 0.8 và phương pháp tưới khác là 0.65 – 0.7

- Tưới phun mưa còn làm tăng năng suất các loại cây trồng Ở Italia khi tướiphun mưa cho nho, người ta đã nhận thấy chất lượng nho tốt hơn, hàm lượngđường trong nho tăng 2% Ở Việt Nam, qua thí nghiệm phun tưới mưa tại đồichè 66 – Hợp tác xã Tiên Phú – Phù Ninh – Vĩnh Phúc cho thấy năng suấtchè tăng được 50% so với đối chứng không tưới

 Nhược điểm:

- Vốn đầu tư chi phí ban đầu hơi cao

- Lưu lượng nước và áp lực ngồn nước đòi hỏi cao để dẫn đến bơm, đườngống, van phải lớn làm tăng giá thành, nguồn nước dự trữ phải lớn và ổn định

- Vòi phun mưa rất dễ bị tắt nếu trong nước tưới có chứa nhiều tạp chất bởi vòiphun mưa có những lỗ phun rất nhỏ

- Khi phun mưa tổn thất bốc hơi lớn, đất được làm ẩm đều nên cỏ dại pháttriển mạnh

- Không thích hợp ở vùng có gió mạnh

Theo tài liệu của Tritrexop năm 1970 ở Tiệp Khắc 97% tưới bằng phương pháp tướiphun; ở Dức 79%; ở Israel 90%; ở Anh 80%; Hungari 70%

Ở Việt Nam hiện nay đang được áp dụng rất phổ biến phương pháp tưới phun mưacho các vùng chuyên canh rau ở Hà Nội, Hải Phòng, Đà Lạt và các vùng trồng cây côngnghiệp ở Tây Nguyên.

2.1.3.3 Hệ thống tưới nhỏ giọt

Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước sẽ được tướitrực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá Từ đây hạn chế đến tối

đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinh dưỡng để phát triển Tưới nhỏ giọt đã

có từ thời cổ đại với các bình đất sét đục lỗ cho nước thấm qua hay hệ thống ống dẫn đục

lỗ tại Đức (năm 1920) nhưng phải đến 1959, nhờ công sức của 2 cha con Simcha Blass

và Yeshayahu người Israel, phương pháp này mới được hoàn thiện

Hệ thống tưới nhỏ giọt đơn giản bao gồm: bồn chứa nước, hệ thống ống dẫn và đầutưới nhỏ giọt hay dây nhỏ giọt

- Phạm vi tưới nước trên mặt đất nhỏ nên trên mặt đất phần lớn vẫn giữ đượckhô, các loại cỏ dại sẽ không đủ độ ẩm để phát triển và giữ được thoáng khí.

 Nhược điểm:

- Đây là vấn đề chủ yếu trong sử dụng tưới nhỏ giọt, nghiêm trọng có thể làmcho hệ thống tưới hoạt động không bình thường, ngừng hoạt động Nguyênnhân gây tắc có thể do phù sa trong nước, chất hữu cơ, vi sinh vật hoặc vậtlắng kết hóa học

- Tưới nhỏ giọt không có khả năng làm mát cây và cải tạo vi khí hậu như tướiphun mưa, không có khả năng rửa lá giúp cây quang hợp

- Tưới nhỏ giọt cần có vốn đầu tư ban đầu, người đầu tư phải có trình độ tiếncận kỹ thuật tưới

- Khi tưới nhỏ giọt bị gián đoạn, cây trồng sẽ xấu đi nhiều so với phương pháptưới cây khác

2.1.4 Một số công trình nghiên cứu trước

2.1.4.1 Các nghiên cứu trong nước

 Hệ thống tưới của trường Cao đẳng Công Nhiệp Huế:

Hệ thống phun tự động đa năng của hai giảng viên trường Cao đẳng Công Nghiệp(CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị chính của hệthống tưới phun đa năng gồm 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm đất cài đặttại nhà màng trồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC- S7- 1200 Khi các cảmbiến cho thông số độ ẩm của đất và nhiệt độ của không khí tại nhà màng báo hiệu cầnnước, tín hiệu sẽ đưa về bộ điều khiển PLC Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tửđộng nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo cái vòi lắt đặt và tự ngừng trong 5phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu

Một thuận lợi nữa là Hệ thống tưới phun đa năng này còn có thể sử dụng để phunthuốc sâu cho cây hoa bằng cách, thay đấu nối từ nguồn nước tưới sang nguốn nước đãhòa thuốc sâu Hệ điều khiển thay vì tự động nhận tín hiệu sẽ được điều khiển bán tựđộng bằng tay, mọi hoạt động của hệ thống sẽ chạy cơ chế tương tự

Với các ưu điểm: tự động hóa, tiết kiệm công sức, tiết kiệm điện, thân thiện với môitrường, dễ sử dụng… hệ thống tưới phun đa năng này còn cải thiện được hàng loạt cácnhược điểm của các phương pháp tưới truyền thống khác Đó là giảm bám bẩn, tắc

nghẽn ống tưới, làm mát toàn thân cây kịp thời, tự nhiên, không gây gãy đổ Có thể tướirửa bẩn bám trên thân lá, hoa Tiết kiệm nước và có giá thành thấp, dễ bảo dưỡng.

 Hệ thống tưới bằng điện thoại của nông dân trẻ Nguyễn Quốc Huy

Để chăm sóc khu vườn rộng hàng ngàn mét vuông của gia đình mình, giờ đây chàngnông dân trẻ Nguyễn Quốc Huy (22 tuổi, ngụ tại thôn Đa Lộc, xã Xuân Thọ, thành phố

Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng) có thể ngồi cách xa hàng trăm km điều khiển hệ thống thiết bịtưới nước hiện đại tự động, thông qua chiếc điện thoại thông minh

Hệ thống bơm nước với các van điện từ đóng mở nhịp nhàng theo một chương trìnhđặt trước sẽ lần lượt dẫn nước tới các béc phun nước dựng đều trên các luống rau, tưới đủnước lần lượt cho từng khu vực

Chỉ bằng những tin nhắn từ điện thoại dù ở cách xa cả ngàn km, hệ thống thiết bịcủa Huy sẽ tự động vận hành, làm những công việc như hút nước từ giếng lên bể chứa;dẫn nước tới các bép phun đã chôn sẵn trên các luống cây trồng lần lượt từng khu vực;tưới theo thời gian đã cài đặt từ hệ thống cho từng khu vực, tùy thuộc vào từng loại câytrồng…

2.1.4.2 Các nghiên cứu của nước ngoài:

 Máy tự động dùng trong nông nghiệp.

Đầu những năm 80 Liên Xô đã chế tạo ra một loại mấy tự động dùng trong nămnghiệp Khi làm việc loại máy này có thể đo được độ ẩm đất, nhiệt độ không khí, sứcgió có thể xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng thông quamột loại máy làm mưa nhân tạo

 Robot tưới cây của hãng Droplet

Hình 2.5: Robot tưới cây của hãng Droplet.

Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ mới nhất,điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng điềuchỉnh hướng vòi phun, lượng nước, tần suất nước để tự động tưới nước cho cây theo lịchtrình tự tính toán dựa trên phân tích của các dữ liệu đầu vào.Theo thông từ hãng sản xuất,robot Droplet chẳng những có thể thay thế con người chăm sóc cây cối mà còn có thểgiúp tiết kiệm tới 90% lượng nước lãng phí trong quá trình tưới nước cho cây

Về mặt kỹ thuật, Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnhhướng dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét Trước khi robot

tự động vận hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườnthông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot Tiếp theo,người dùng cần điều chỉnh hướng vòi phun bằng tay đến mỗi cây và Droplet sẽ lưu từng

vị trí của các cây vào bộ nhớ của mình

Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạngnhằm xác định lượng nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây.Bên cạnh

đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xácđịnh mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp

 Hệ thống điều khiển tưới cây tự động của Israel.

Nói về công nghệ tưới thì không thể nói đến hệ thống tưới của Israel, đó là cả mộtthành công về một nền nông nghiệp gặp nhiều khó khăn, một nền nông nghiệp đã vượtqua được sự thiếu hụt về tài nguyên nước, nơi có lượng mưa thấp nhất thế giới, một vùngđất được xem là khô cằn thế nhưng Israel đã chứng tỏ là một quốc gia đi đầu cho những

tiến bộ công nghệ không chỉ về nông nghiệp mà còn các lĩnh vực khác ảnh hưởng đếntoàn thế giới.

Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới củangười sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống nguồn nước đầu vào

và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tựđộng

Có 3 loại điều khiển: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ

- Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng hồyêu cầu

- Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời gian

- Điều khiển bằng tay : người sử dụng có thể tưới cây hoặc ngừng tưới ngay

mà không cần đến thời gian đã hẹn, chỉ cần nhấn nút trực tiếp trên timer

Bộ điều khiển thời gian và van điện từ

Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ hoạt

động, thời gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới Bộ cảm

biến mưa sẽ tự động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm cao

Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu

tưới, để các đầu tưới hoạt động

Hình 2.6: Bộ hẹn giờ và van điều khiển

Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định giờ tưới, đến giờ hoạt

động thì bộ điều khiển sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ tự động mở ra và cung cấp nước cho các đầu phun Thời gian tưới được cài đặt sẵn

theo ý muốn của người sử dụng

Sau quá trình nghiên cứu, tìm hiểu thì em chọn cho đề tài phương án tưới cây bằngphương pháp phun mưa, hình thức tưới trực tiếp bằng điện thoại và hẹn giờ trên web Dophương pháp phun mưa tối ưu trên nhiều địa hình, phù hợp với nhiều loại cây trồng đặcbiệt là nhưng cây hoa màu nông nghiệp với việc điều khiển tưới thông qua điện thoại diđộng hoặc hẹn giờ trên web sẽ giúp được người điều khiển bớt đi thời gian cũng nhưkhông gian Chỉ cần kết nối mạng vào địa chỉ trang web thực hiện đặc lịch cho hệ thốnghay một cuộc gọi đến thì máy bơm sẽ được hoạt động bơm nước tưới cho cây trồng dùcho người điều khiển có ở đâu đi chăng nữa thì cũng có thể tưới cây trồng của mình mộtcách dễ dàng

2.2 Tổng quan tập lệnh AT trong đề tài

2.1.1 Tập lệnh AT

Tập lệnh AT viết tắt là Attention các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển mộtmodem Là tập lệnh chuẩn được hỗ trợ bởi hầu hết các thiết bị di động như điện thoại di

động, GSM modem mà có hỗ trợ gửi và nhận tin nhắn tin nhắn dưới dạng SMS (ShortMessage Service) và điều khiển cuộc gọi.

Từ các lệnh “AT” này, người lập trình có thể làm một số bước sau:

- Ban đầu đọc tin nhắn, viết tin nhắn và xóa tin nhắn

- Thực hiện gửi tin nhắn SMS

- Kiểm tra toàn bộ chiều dài nội dung tin nhắn

- Thực hiện gọi điện, nghe máy, gác máy

Trong khuôn khổ của đồ án này em chỉ tìm hiểu 1 số tập lệnh cơ bản phục vụ choviệc làm đồ án của mình Sau đây em xin giới thiệu 1 số tập lệnh cơ bản để cài đặt dùngcho dịch vụ gọi điện bao gồm:

- Bước đầu tiên là công việc khởi tạo

- Bước thứ hai là nhận, xử lý cuộc gọi và lấy thời gian thực từ nhà mạng củasim

- Bước làm cuối cùng là gửi tín hiệu đi

2.2.2 Các thuật ngữ

<CR>: Carriage return (được dịch từ mã ASCII là $0D).

<LF>: Line Feed (được dịch từ mã ASCII là 0x0A)

MT : Mobile Terminal – Thiết bị đầu cuối mạng (ở đây là Module simA7)

TE : Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối (ở đây là máy tính giao tiếp đượcdùng để giao tiếp với Module sim)

Với các cú pháp nêu trên thì các lệnh có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau.Các chế độ này được thống kê như sau:

Bảng 2.1: Các chế độ lệnh AT.

<Lệnh kiểm tra> AT+<x>=? Thống kê lại các tham số trong câu lệnh và các

giá trị có thể thiết lập cho tham số

<Lệnh đọc> AT+<x>? Đọc nội dung tin nhắn được gửi đến, kiểm tra

giá trị tin nhắn về mặt dữ liệu.

<Lệnh thiết lập> AT+<x>=<…> Được sử dụng để thiết lập các giá trị cho tham

số

<Lệnh thực thi> AT+<x> Thực thi nội dung tin nhắn được tiến hành bên

trong của Module sim

2.2.4 Một vài lệnh AT được sử dụng trong để tài.

Lệnh ATZ dùng thiết lập lại (reset) tất cả các tham số hiện tại theo mẫu được ngườidùng định nghĩa Lệnh trả về của modem là lệnh OK Mẫu người dùng định nghĩa trước

đó được lưu trên bộ nhớ cố định Nếu không thiết lập lại được theo mẫu của người dùngđịnh nghĩa thì nó sẽ reset lại theo đúng các tham số mặc định của nhà sản xuất Bất cứlệnh AT cộng thêm nào trên cùng một dòng với lệnh ATZ đều không được thực hiện

 Lệnh AT+CLIP=1 : Hiển thị thông tin cuộc gọi đến

Thông tin nhận dạng đường dây gọi (CLI) của bên gọi khi nhận cuộc gọi bị kết thúctrên thiết bị di động

 Lệnh AT + CMGL: danh sách thư đã nhận trong chế độ văn bản.

Lệnh AT + CMGL liệt kê các tin nhắn nhận được trên modem GSM Nó có thểđược sử dụng để nhận được tất cả các tin nhắn nhận được, tất cả các tin nhắn chưa đọchoặc tất cả các tin nhắn đã đọc

Thông số

- <stat>: Trạng thái = "TẤT CẢ", "REC UNREAD" hoặc "REC READ"

- <index>: Số chỉ mục của thư

- <oa>: Địa chỉ người tạo

- <alpha>: Tên trình khởi tạo (nếu có trong danh bạ)

- <scts>: Tem thời gian trung tâm dịch vụ

- <data>: Nội dung của tin nhắn văn bản

- <CR>: ký tự ASCII 13

- <LF>: Ký tự ASCII 10

 Lệnh ATDxxxxx : Cuộc gọi gốc đến số điện thoại nào đó.

Lệnh này có thể được sử dụng để thiết lập các cuộc gọi thoại, dữ liệu hoặc fax đi.Với “xxxx ” là số điện thoại muốn gọi đi Nó cũng phục vụ để kiểm soát các dịch vụ bổsung Lưu ý: Lệnh này có thể bị hủy bỏ thường bằng cách nhận lệnh ATH hoặc ký tựtrong khi thực thi

- API là các phương thức, giao thức kết nối với các thư viện và ứng dụng khác Nó

là viết tắt của Application Programming Interface – giao diện lập trình ứng

dụng API cung cấp khả năng cung cấp khả năng truy xuất đến một tập các hàmhay dùng Và từ đó có thể trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng

 API thường ứng dụng vào đâu?

 Web API: là hệ thống API được sử dụng trong các hệ thống website Hầu hếtcác website đều ứng dụng đến Web API cho phép bạn kết nối, lấy dữ liệu hoặccập nhật cơ sở dữ liệu Ví dụ: Bạn thiết kế chức nằng login thông Google,Facebook, Twitter, Github… Điều này có nghĩa là bạn đang gọi đến API của.Hoặc như các ứng dụng di động đều lấy dữ liệu thông qua API

 API trên hệ điều hành: Windows hay Linux có rất nhiều API, họ cung cấp cáctài liệu API là đặc tả các hàm, phương thức cũng như các giao thức kết nối Nógiúp lập trình viên có thể tạo ra các phần mềm ứng dụng có thể tương tác trựctiếp với hệ điều hành

 API của thư viện phần mềm hay framework: API mô tả và quy định các hànhđộng mong muốn mà các thư viện cung cấp Một API có thể có nhiều cách triểnkhai khác nhau và nó cũng giúp cho một chương trình viết bằng ngôn ngữ này

có thể sử dụng thư viện được viết bằng ngôn ngữ khác Ví dụ bạn có thể dùngPhp để yêu cầu một thư viện tạo file PDF được viết bằng C++.

Một số khái niệm khác:

 API hiện nay đều tuân thủ theo tiêu chuẩn REST và HTTP, tạo sự thân thiện dễ

sử dụng với nhà phát triển Giúp người dùng dễ dàng truy cập, dễ hiểu hơn.Web API hiện đại dùng cho các đối tượng cụ thể, chẳng hạn như mobiledeveloper với document, version khác nhau

 API key: Đây là loại code (string) được truyền tải bởi các chương trình máy

tính gọi là API để xác định chương trình, nhà phát triển hoặc người dùng nó tớitrang web Các API key được sử dụng với mục đích nhằm giới hạn, kiểm soát

sử dụng API Chẳng hạn như ngăn chặn sự việc lạm dụng API

API Key thường hoạt động như một mã định danh duy nhất và mã thông báo bí mật để

xác thực và thường sẽ có một bộ quyền truy cập trên API được liên kết với nó Các APIKey có thể dựa trên hệ thống định danh duy nhất toàn cầu (UUID) để đảm bảo chúng sẽ

là duy nhất cho mỗi người dùng

Web API là gì?

Web API là một phương thức dùng để cho phép các ứng dụng khác nhau có thể giao

tiếp, trao đổi dữ liệu qua lại Dữ liệu được Web API trả lại thường ở dạng JSON hoặcXML thông qua giao thức HTTP hoặc HTTPS

Những điểm nổi bật của Web API

Web API hỗ trợ restful đầy đủ các phương thức: Get/Post/put/delete dữ liệu Nó giúp bạnxây dựng các HTTP service một cách rất đơn giản và nhanh chóng Nó cũng có khả năng

hỗ trợ đầy đủ các thành phần HTTP: URI, request/response headers, caching, versioning,content format

Tự động hóa sản phẩm

Với web API, chúng ta sẽ tự động hóa quản lý công việc, cập nhật luồng công việc, giúp

tăng năng suất và tạo hiệu quả công việc cao hơn

Khả năng tích hợp linh động

API cho phép lấy nội dung từ bất kỳ website hoặc ứng dụng nào một cách dễ dàng nếuđược cho phép, tăng trải nghiệm người dùng API hoạt động như một chiếc cổng, chophép các công ty chia sẻ thông tin được chọn nhưng vẫn tránh được những yêu cầu khôngmong muốn

Cập nhật thông tin thời gian thực

API có chức năng thay đổi và cập nhật thay đổi theo thời gian thực Với công nghệ này,

dữ liệu sẽ được truyền đi tốt hơn, thông tin chính xác hơn, dịch vụ cung cấp linh hoạthơn

Có tiêu chuẩn chung dễ sử dụng

Bất kỳ người dùng, công ty nào sử dụng cũng có thể điều chỉnh nội dung, dịch vụ mà họ

sử dụng

Hỗ trợ đầy đủ các thành phần MVC như: routing, controller, action result, filter, modelbinder, IoC container, dependency injection, unit test

Web API hoạt động như thế nào?

1 Đầu tiên là xây dựng URL API để bên thứ ba có thể gửi request dữ liệu đếnmáy chủ cung cấp nội dung, dịch vụ thông qua giao thức HTTP hoặc HTTPS

2 Tại web server cung cấp nội dung, các ứng dụng nguồn sẽ thực hiện kiểm traxác thực nếu có và tìm đến tài nguyên thích hợp để tạo nội dung trả về kết quả

3 Server trả về kết quả theo định dạng JSON hoặc XML thông qua giao thứcHTTP/HTTPS

4 Tại nơi yêu cầu ban đầu là ứng dụng web hoặc ứng dụng di động , dữ liệuJSON/XML sẽ được parse để lấy data Sau khi có được data thì thực hiện tiếpcác hoạt động như lưu dữ liệu xuống Cơ sở dữ liệu, hiển thị dữ liệu…

Ưu và nhược điểm của Web API

Mỗi một ứng dụng bất kỳ đều có những ưu nhược điểm riêng, hỗ trợ tốt cho các ứngdụng Vì vậy mà web API cũng không ngoại lệ:

 Mã nguồn mở, hỗ trợ chức năng RESTful đầy đủ, sử dụng bởi bất kì client nào

 Để sử dụng hiệu quả cần có kiến thức chuyên sâu, có kinh nghiệm backend tốt

 Tốn thời gian và chi phí cho việc phát triển, nâng cấp và vận hành

 Có thể gặp vấn đề về bảo mật khi hệ thống bị tấn công nếu không giới hạn điềukiện kỹ

-2.4 Tổng quan về một số linh kiện được sử dụng trong đề tài.

2.4.1 Arduino nano

Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino

Hình 2.7: Vi điều khiển Arduino Nano.

Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno

do cùng sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì

IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno

Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini - B USB và sử dụng chip CH340

để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lập cổng COMnhư trên Arduino Uno hay Arduino Mega

Hình 2.8: Sơ đồ chân của Arduino Nano Bảng 2.2: Thông số Arduino Nano.

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Số chân Digital I/O 14 (trong đó có 6 chân PWM)

Số chân Input Analog 8 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40mA

của một chiếc điện thoại như gọi điện thoại, nhắn tin, truy cập GPRS…

Mô-đun tích hợp nguồn xung và ic đệm được thiết kế nhỏ gọn nhưng vẫn giữ được các yếu tố cần thiết của thiết kế như: mạch chuyển mức tín hiệu logic sử dụng Mosfet, IC giao tiếp RS232 MAX232, mạch nguồn xung dòng cao, khe sim chuẩn và các đèn led báohiệu

Thông số kỹ thuật:

 Sử dụng module GSM GPRS Sim800A

 Nguồn cấp đầu vào: 5 – 18VDC, lớn hơn 1A

 Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) hoặc RS232

 Tích hợp chuyển mức tín hiệu TTL Mosfet tốc độ cao

 Tích hợp IC chuyển mức tín hiệu RS232 MAX232

 Tích hợp nguồn xung với dòng cao cung cấp cho Sim800A

 Sử dụng khe Micro Sim

 Thiết kế mạch nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu

 Kết nối theo kiểu USB-TTL:

 Pin3 là chân RxD kết nối với chân TxD của MCU/USB-TTL

 Pin4 là chân TxD kết nối với chân RxD của MCU/USB-TTL

 GND kết nối với chân GND của MCU/USB-TTL

 Pin1 ban đầu JUMP với Pin3 khi mua về

 Pin2 ban đầu JUMP với Pin4 khi mua về

 Pin6 là chân cấp nguồn cho MCU, nhưng sử dụng nguồn ngoài nên không dùng chân này

 Kết nối theo kiểu USB-RS232:

 JUMP 2 pin như mô tả trên hình để Enable

 Kết nối với USB-RS232 với module sim qua 3 chân R-T-GND như trên hình.Một số lệnh thông dụng để cấu hình và test cho module sim

Lệnh cấu hình

(1) Lệnh tắt chức năng ECHO cho AT command, cú pháp: ATE0

(2) Lệnh báo các số điện thoại khi gọi đến, cú pháp: AT+CLIP=1

(3) Lệnh lưu 2 cú pháp (1) và (2) trên: AT&W

(4) Lệnh cấu hình chức năng truyền nhận SMS dưới dạng TEXT: AT+CMGF=1

(5) Lệnh thông báo khi có SMS tới(không hiển thị nội dung tin nhắn): AT+CNMI=2,1 Lệnh AT+CNMI=2,2 lệnh hiển thị trực tiếp nội dung tin nhắn

(6) Lệnh lưu 2 cú pháp (4) và (5) trên: AT+CSAS

Lệnh AT, cú pháp: AT Kết quả trả về là OK

Test cuộc gọi với xxx là số điện thoại muốn gọi