(Đồ án HCMUTE) Ứng dụng Iot trong nông nghiệp và truy xuất nguồn gốc cây dâu bằng mã QR

để người dùng có thể thực hiện việc truy xuất nguồn gốc cũng như quá trình pháttriển của cây trồng và quá trình bảo quản, vận chuyển của sản phẩm.Nhóm đã sử dụng vi điều khiển NodeMCU ES

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD: TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VI PHẠM TRẦN TRUNG TÍN

S K L 0 0 9 2 7 4

ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TRUY XUẤT

NGUỒN GỐC CÂY DÂU BẰNG MÃ QR

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TRUY XUẤT NGUỒN GỐC CÂY DÂU BẰNG MÃ QR

SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VI MSSV: 18161180

SVTH: PHẠM TRẦN TRUNG TÍN MSSV: 18161166

KHÓA: 2018 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN

TỬ VIỄN THÔNG GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TRUY XUẤT NGUỒN GỐC CÂY DÂU BẰNG MÃ QR

SVTH: NGUYỄN THỊ THÚY VI MSSV: 18161180

SVTH: PHẠM TRẦN TRUNG TÍN MSSV: 18161166

KHÓA: 2018 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN

TỬ VIỄN THÔNG GVHD: PGS.TS TRƯƠNG NGỌC SƠN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-*** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Thúy Vi MSSV: 18161180

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử Viễn thông Lớp: 18161CLVT2B

Họ tên sinh viên: Phạm Trần Trung Tín MSSV: 18161166

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử Viễn thông Lớp: 18161CLVT1B

Giảng viên hướng dẫn: PGS Trương Ngọc Sơn ĐT:

Ngày nhận đề tài: 30-03-2022 Ngày nộp đề tài: 30-06-2022

1 Tên đề tài: Ứng dụng IOT trong nông nghiệp và truy xuất nguồn gốc cây dâu bằng mã QR

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Tài liệu về các ngôn ngữ lập trình sử dụng trong đề tài

 Tài liệu về các module và linh kiện điện tử

3 Nội dung thực hiện đề tài:

 Phân tích các yêu cầu, mục tiêu của hệ thống

 Thiết kế mô hình tổng thể và chi tiết

 Thiết kế phần mềm và giao diện

 Thi công mô hình thử nghiệm

4 Sản phẩm:

 Mô hình phần cứng hệ thống và báo cáo nội dung đề tài

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-*** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

Điểm: (Bằng chữ )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-*** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng công việc thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

Điểm: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành thật tốt đề tài luận văn tốt nghiệp, nhóm xin gửi lời cảm ơnchân thành đến toàn thể quý Thầy/Cô trong khoa Điện – Điện tử và khoa Đào tạoChất lượng cao của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh

đã dành hết tâm huyết chỉ bảo, dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức nền tảngcũng như kiến thức nâng cao làm cơ sở giúp nhóm thực hiện có thể hoàn thànhđược đề tài này

Đặc biệt, nhóm chân thành cảm ơn sâu sắc Thầy Trương Ngọc Sơn đã dẫndắt, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho nhóm có thể hoànthành đề tài luận văn tốt nghiệp Trong quá trình được làm việc với Thầy, nhómkhông những đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu mà còn học tập được kinhnghiệm và phong cách làm việc nghiêm túc, chuyên nghiệp và đầy hiệu quả từThầy Nhóm xin phép được gửi đến Thầy lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất,những kiến thức, kinh nghiệm và cái tâm nghề nghiệp của thầy đã khôngnhững đã giúp đỡ mà còn là nguồn động lực to lớn để nhóm có thể hoàn thành

đề tài một cách tốt nhất

Bên cạnh đó, nhóm cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên của tập thể lớp18161CLC đã giúp đỡ nhiệt tình, thiết thực, cung cấp nhiều tài liệu liên quan,cũng như động viên trong quá trình thực hiện đề tài

Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù nhóm đã rất cố gắng hoàn thànhnhiệm vụ mà đề tài đặt ra Song vì trình độ và kiến thức bản thân còn hạn chế nênviệc tìm hiểu và thi công đề tài không tránh khỏi những sai sót Mong Thầy/Côcùng các bạn góp ý, chỉ dẫn để đề tài hoàn thiện và có thể ứng dụng trong thực tế

Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện

Nguyễn Thị Thúy Vi –Phạm Trần Trung Tín

để người dùng có thể thực hiện việc truy xuất nguồn gốc cũng như quá trình pháttriển của cây trồng và quá trình bảo quản, vận chuyển của sản phẩm.

Nhóm đã sử dụng vi điều khiển NodeMCU ESP8266 làm khối xử lý trungtâm của hệ thống để giao tiếp với các module cảm biến thu thập dữ liệu nhưDHT11, cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến mưa Các thiết bịchấp hành như máy phun sương, đèn, quạt, mái che… được sử dụng để thựcthiện các chức năng điều khiển của hệ thống

Cuối cùng, nhóm đã xây dựng thành công, thực hiện mô phỏng và đánhgiá hiệu quả của hệ thống Từ đó, nhóm đề xuất ra các bước cải tiến mới cho đềtài trong tương lai

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT v

MỤC LỤC vi

MỤC LỤC HÌNH ẢNH ix

MỤC LỤC BẢNG xi

CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu đề tài 1

1.1.1 Tình hình phát triển chung 1

1.1.2 Ứng dụng trong IOT 2

1.2 Mục tiêu đề tài 6

1.3 Giới hạn đề tài 7

1.4 Phương pháp nghiên cứu 7

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

1.6 Bố cục quyển báo cáo 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Khảo sát về cây dâu tây 9

2.1.1 Đặc tính của câu dâu tây 9

2.1.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến cây dâu 10

2.2 Sơ lược về chuẩn truyền thông Lora 11

2.2.1 Giới thiệu 11

2.2.2 Ưu diểm và nhược điểm của Lora 12

2.2.3 Dải tần hoạt động của Lora 13

2.2.4 Nguyên lí hoạt động 13

2.2.5 Vai trò của LoRa trong IOT 13

2.3 Giới thiệu mã QR 14

2.3.1 Khái niệm 14

2.3.2 Ứng dụng 15

2.3.3 Cách tạo mã QR 15

2.3.4 Cách đọc mã QR 15

2.4 Giới thiệu Arduino Nano 15

2.5 Giới thiệu module ESP8266 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VƯỜN IOT 20

3.1 Thiết kế phần cứng 20

3.1.1 Yêu cầu hệ thống 20

3.1.2 Đặc tả hệ thống 20

3.1.3 Sơ đồ khối hệ thống 21

3.1.4 Thi công phần cứng 23

3.1.4.1 Khối cảm biến 23

3.1.4.2 Khối điều khiển thiết bị 26

3.1.4.3 Khối truyền thông Lora 30

3.1.4.4 Khối hiển thị 31

3.1.4.5 Khối xử lý tại node 33

3.1.4.6 Khối xử lý trung tâm 34

3.1.4.7 Khối nguồn 34

3.2 Sơ đồ nguyên lí toàn hệ thống 36

3.3 Thiết kế phần mềm 38

3.3.1 Hoạt động của khối xử lý trung tâm 38

3.3.2 Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu 39

3.3.3 Xây dựng khối xử lý tại node 39

3.3.4 Xây dựng khối truyền thông Lora 40

3.3.5 Xây dựng app 42

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THI CÔNG 43

4.1 Kết quả thi công phần cứng 43

4.2 Kết quả thi công phần mềm 45

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47

5.1 Kết luận 47

5.1.1 Ưu điểm: 48

5.1.2 Nhược điểm: 48

5.2 Hướng phát triển 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Vườn dâu tây trồng trong nhà màng 9

Hình 2.2: Công nghệ Lora được ứng dụng vào mô hình tưới tiêu tự động 12

Hình 2.3: Vai trò của LoRa trong cuộc sống 14

Hình 2.4 : Mã QR 14

Hình 2.5: Chức năng chân của Arduino Nano 17

Hình 2.6: Chức năng các chân của ESP8266-12E 19

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 21

Hình 3.2: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 và sơ đồ kết nối chân với Arduino23 Hình 3.3: Cảm biến độ ẩm đất và sơ đồ kết nối chân với Arduino 24

Hình 3.4: Cảm biến mưa và sơ đồ kết nối chân với Arduino 25

Hình 3.5: Cảm biến cường độ sáng và sơ đồ kết nối chân với Arduino 26

Hình 3.6: Động cơ bơm mini và sơ đồ kết nối chân với Arduino 26

Hình 3.7: Đèn led và sơ đồ kết nối chân với Arduino 27

Hình 3.8: Quạt tản nhiệt và sơ đồ kết nối chân với Arduino 28

Hình 3.9: Servo SG90 và sơ đồ kết nối chân với Arduino 29

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối nút nhấn 29

Hình 3.12: Sơ đồ kết nối chân module Lora với Arduino 31

Hình 3.13: Sơ đồ kết nối chân module Lora với Esp8266 31

Hình 3.14: LCD 2004 tích hợp module giao tiếp I2C 32

Hình 3.15: Sơ đồ kết nối chân LCD với Arduino 32

Hình 3.16: Sơ đồ kết nối chân LCD với Esp8266 33

Hình 3.17: Sơ đồ chân của Arduino Nano 33

Hình 3.18: Sơ đồ chân của ESP8266-12E 34

Hình 3.19: Khối nguồn 36

Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lí toàn hệ thống 37

Hình 3.21: Lưu đồ giải thuật khối xử lý trung tâm 38

Hình 3.22: Lưu đồ điều khiển thiết bị tại node 40

Hình 3.23: Lưu đồ giải thuật hoạt động Lora tại vườn 41

Hình 3.24: Lưu đồ giải thuật hoạt động Lora tại trung tâm 41

Hình 3.25: Lưu đồ giải thuật hoạt động của app 42

Hình 4.1: Kết quả mô hình hệ thống 43

Hình 4.2: Kết quả mô hình khi đóng mái che 44

Hình 4.3: Hệ thống bật đèn chiếu sáng đề thay đổi nhiệt độ 44

Hình 4.4: Giao diện hiển thị các thông số môi trường 45

Hình 4.5: Giao diện điều khiển các thiết bị 45

Hình 4.6: Giao diện quét mã QR 46

Hình 4.7: Giao diện Web chứa thông tin cây trồng 46

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng so sánh ưu và nhược điểm của Lora 12

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Nano 16

Bảng 3.1 Dòng điện thiết bị sử dụng nguồn 5V DC 35

Bảng 3.2 Dòng điện thiết bị sử dụng nguồn 12V DC 35

CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên đầy đủ

UART Universal Asynchronous Receiver / TransmitteRadio

và tạo động lực to lớn để những ngành kinh tế còn lại phát triển ở Việt Nam [3].

Nhận thấy được canh tác nông nghiệp từ xưa giờ làm bằng thủ công theocách truyền thống thì có nhiều thuận lợi song song với những thuận lợi đó thìtrong canh tác vẫn còn vướng phải không ít khó khăn cũng như rủi ro Việc canh

tác theo mô hình truyền thống khá đơn giản, thô sơ nhưng cũng rất dễ bị môitrường ảnh hưởng nặng nề ví dụ như thời tiết thay đổi thất thường mang lại, vìthế chưa đảm bảo có được một vụ mùa đạt hiệu quả cao Ngày nay, cuộc cáchmạng 4.0 vừa được khởi sướng không lâu và rất được kì vọng sẽ có nhiều sự thayđổi cho nhân loại, nó lại nhiều cách giải quyết khi gặp khó khăn trong mọi lĩnhvực Vì thế chúng ta cần biết nắm bắt lợi thế, áp dụng công nghệ phát triển vàocanh tác bằng cách tự động chăm sóc, tưới tiêu, điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm môitrường,… để tương thích với cây trồng và có thể theo dõi quá trình cây trồng pháttriển Rất nhiều mô hình thông minh đã sử dụng vào canh tác - đây là giải pháptốt giúp sản lượng, năng xuất của cây trồng tăng nhanh và cải thiện được chấtlượng của cây như người nông dân mong muốn Việc ứng dụng IoT đã giúp nềnnông nghiệp phát triển ở tầm cao mới, đáp ứng được hầu hết các tiêu chí về antoàn vệ sinh thực phẩm, sản lượng xuất khẩu ra ngoài nước cao hơn, cải thiệnđược bữa ăn và đảm bảo sức khỏe con người tốt hơn Đặc biệt là giảm được phầnlớn sức lao động chân tay của bà con nông dân.

1.1.2 Ứng dụng IOT trong nông nghiệp

Ngày nay, nền nông nghiệp đang dần đổi mới, nổi bật nhất là lĩnh vựccanh tác nông sản, các mô hình trồng trọt đang được hình thành theo một quy môrộng lớn và hiện đại hơn Nông nghiệp thông minh đang dần dần được ứng dụngphổ biến trong nhiều mô hình trồng nông sản sạch Nông nghiệp thông minhcùng với nhiều ứng dụng khác như là big data, AI, IoTs, hệ thống nhúng…đây làcác xu hướng đẩy mạnh ngành nông nghiệp phát triển Ngày nay, việc canh tác

có sự góp mặt, hỗ trợ của công nghệ, kỹ thuật đang có xu hướng đẩy mạnh, giúpgiảm thiểu tối đa chi phí canh tác cũng như sức lao động, thời gian của ngườinông dân, và hơn nữa nâng cao được chất lượng của sản phẩm

“Hệ thống nhúng” đây là một thuật ngữ đã rất quen thuộc, phổ biến vớimọi người, gần như mọi thiết bị hay máy móc điện tử đều được áp dụng Cácdòng MCU, SoC xử lý với tốc độ cao, nhiều cảm biến hiện đại ra đời giúp cho hệthống nhúng có sự phát triển vượt trội, làm nền tảng để phát triển cho tất cảngành nghề nói chung và hơn hết nó giúp cho nền nông nghiệp có sự thay đổi,

phát triển vượt bậc nói riêng Chính vì điều đấy, nền nông nghiệp đã được thúcđẩy thay đổi nhanh chóng từ một mô hình nuôi trồng truyền thống nay phát triểnlên mô hình thông minh, hoạt động tự động mọi thứ Các cảm biến sẽ đảm nhiệmviệc theo dõi những giá trị như độ ẩm, nhiệt độ,… những giá trị này sẽ đượctruyền đến bộ xử lý trung tâm để đưa các phương pháp giải quyết nhằm chốngchọi lại các thay đổi bất thường, đột ngột của môi trường và từ đó cải thiện năngsuất cây trồng Việc cải cách ngành công nghiệp ứng dụng các hệ thống nhúngnhư thế nhằm mục đích giảm chi phí cũng như sức lao động chân tay, thời giancho nông dân.

Bên cạnh các mục đích tăng chất lượng, sản lượng của nông sản, giảmthiểu sức lao động thì cũng có thể truy nguông gốc, thời điểm bón phân, tỉa cảnh,địa điểm trồng trọt, vận chuyển, lưu trữ cũng như phân phối để ta biết được sảnphẩm mình dùng có bảo đảm vệ sinh an toàn như mình mong đợi thông qua hệthống TXNG (Traceability System) [4] Hệ thống này xác định chi tiết từng giaiđoạn của sản phẩm như thời gian thu hoạch, nơi chế biến, sản xuất, kho bảoquản,lưu trữ, quy trình vận chuyển và phân phối [4] Chính vì thế, người dùngbiết được rõ ràng nguồn gốc cây trồng và sự minh bạch của sản phẩm để khi lựachọn sản phẩm được an tâm hơn Điều đó đã giúp người tiêu dùng lựa chọn đượcnhững sản phẩm tốt nhất giữa nhiều sản phẩm

Trong đó, Internet of Things (IoTs) được coi là một tiềm năng lớn và nóđang được đưa vào thực tiễn trong cuộc sống IoT đã mang lại vô số lợi ích khiứng dụng vào nền nông nghiệp, nó giúp người làm vườn theo dõi được cây trồng,

dự đoán được những sự biến đổi thất thường của môi trường đã trực tiếp tác động,ảnh hưởng đến cây theo thời gian thực, từ đấy tìm ra những biện pháp thực tếnhằm mục đích phòng tránh trước khi chúng xảy ra, giúp cây trồng sinh trưởng

ổn định IoT là sự hợp nhất thông minh giữa phần cứng và phần mềm, kết nối vàphân tích dữ liệu nhận được

Phần cứng gồm một số thiết bị được dùng với mục đích điều khiển như là:tưới nước, phun sương, bón phân, chiếu sáng… giúp nhà vườn có thể chăm sóccây trồng tự động, không tiêu tố nhiều nhân lực và thời gian, chi phí dùng để sản

xuất cũng sẽ được giảm Cảm biến sẽ giám sát, thu thập, phân tích môi trườngtheo thời gian thực Hoạt động điều khiển sẽ được lập trình sẵn bằng phần mềmgiúp hệ thống điều khiển được phần cứng thay đổi và cập nhật trạng thái Để kếtnối các khối trong mô hình IoT cần thông qua các mạng truyền thông không dây.

Hệ thống được xây dựng để giúp nông dân truy cập, theo dõi thông tin trên phầnmềm ứng dụng và chuyển đổi trạng thái của những thiết bị ở khoảng cách xa bởiđiện thoại thông qua mạng Lora, Wifi, Zigbee… Các thông tin mà cảm biến đọcđược sẽ được truyền về trung tâm, tại nơi này dữ liệu sẽ được hệ thống phân tích

và xử lý

Việt Nam đã đạt được rất nhiều thành tựu lớn trong canh tác nông nghiệpkhi ứng dụng công nghệ 4.0 vào quy trình trồng trọt, chăm sóc nông sản Cụ thể,trong [5] nhóm thực hiện đề tài thấy được việc chăm sóc hoa lan phức tạp, nhiềucông đoạn Vì thế nhóm đã nghiên cứu, thiết kế một mô hình trồng lan đo đượcnhững dữ liệu như độ pH, độ ẩm không khí, nhiệt độ, bằng cảm biến Nhữngthông số này sẽ được quản lý và lưu lại trên một cơ sở dữ liệu Thông qua việcđiều khiển những thiết bị phần cứng thì các thông số này sẽ được thay đổi lại đểtương thích với hoa Việc điều khiển này được thực hiện ở hai chế độ: thủ công

và tự động Tuy nhiên trong hệ thống của nhóm thực hiện chưa kiểm soát chínhxác thông số môi trường, vì thế phần cứng hệ thống xử lý vấn đề còn khá chậm

Hay trong những năm trở lại đây, mô hình trồng nấm phát triển khá nhiều

ở nước ta, tuy nhiên quá trình sản xuất cũng như chăm sóc nấm còn chịu nhiềutác động tử môi trường nên dẫn đến dịch bệnh xảy ra nhiều và việc khắc phụcchưa nhanh chóng, kịp thời Đứng trước các nhu cầu thực tế đó, trong [6] nhómtác giả đã nghiên cứu, đi đến xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển mô hìnhtrồng nấm rơm Hệ thống thực hiện giám sát công đoạn chăm sóc và đóng góinấm rơm bằng cách sử dụng các cảm biến để theo dõi các thông số môi trường,

từ đó điều khiển các thiết bị điểu chỉnh lại các thông số cho phù hợp với sự sinhtrưởng của nấm rơm Bên cạnh đó, các dữ liệu về nấm rơm như thông số môitrường, sản lượng sản phẩm, trạng thái các thiết bị cũng được giám sát bởi mộtWeb server và lưu trữ trên một cơ sở dữ liệu Hệ thống cũng được tác giả xây

dựng một cơ chế cảnh báo bằng tin nhắn SMS khi có sự cố xảy ra Tuy nhiên,việc điều khiển và cảnh báo bằng SMS chưa được ổn định do yếu tố về dịch vụmạng.

Trên thế giới, việc canh tác nông nghiệp được ứng dụng công nghệ 4.0 đểchất lượng cây trồng cải thiện đã rất phổ biến Tương tự những quốc gia pháttriển, Trung Quốc là một nước đón đầu xu hướng trong việc ứng dụng Nôngnghiệp 4.0 trong mô hình hệ thống trồng cây Trong mô hình [7] nhóm thực hiện

đã sử dụng RFID để định danh, lưu thông tin, truy xuất nguồn gốc, thời giantrồng cây - đây là cột mốc phát triển mới trong mô hình trồng cây thông minh.Nhóm thực hiện thiết kế nên một hệ thống có đa dạng tính năng như: thông tinsinh trưởng của cây luôn được liên tục cập nhật, kiểm soát các thông số môitrường, áp dụng toán học để đề ra quyết định điều khiển, cung cấp các yếu tố cầnthiết đầy đủ, lưu trữ và truy xuất nguồn gốc cây trồng Để gửi thành công nhữnggiá trị đã đọc được nhóm đã dùng công nghệ truyền thông 3G và Zigbee Hệthống đa dạng chức năng nên việc sử dụng tương đối khó, chi phí để thực hiện

mô hình khá cao từ đó giá thành của các nông sản cũng tăng theo

Hiện nay, nền kinh tế phát triển đã kéo theo nhu cầu tiêu dùng của mọingười tăng về mọi mặt, trong đó bữa ăn hằng ngày cũng được quan tâm đặc biệt

Họ luôn mong muốn được dùng các loại thực phẩm phải đảm bảo sach, tươi ngon,

an toàn và có nguồn gốc để sức khỏe được tốt hơn Chính vì thế bài toán về thựcphẩm rõ ràng nguồn gốc luôn là bài toán khó được quan tâm nhiều bởi hầu hếtmọi người Từ xưa việc canh tác vẫn giữ theo mô hình truyền thống, dựa dẫmhoàn toàn vào thời tiết, trồng trọt theo vụ mùa, vì vậy có thể dẫn đến sản lượng,chất lượng thấp và rủi ro cao Không những thế, việc kiểm soát quy trình trồngtrọt chưa được đảm bảo an toàn vệ sinh Tuy nhiên, tất cả những vấn đề trên đều

có thể khắc phục khi việc canh tác được ứng dụng công nghệ Mặc dù vậy, ởnước ta việc canh tác có sự hỗ trợ của công nghệ vẫn còn khá hạn chế Ở không ítđịa phương chưa có nhiều nông dân biết cách ứng dụng công nghệ vào việc trồngtrọt

Để đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng một cách tốt nhất nhóm đãquyết định tìm hiểu, xây dựng mô hình “Ứng dụng IOT trong nông nghiệp và truy xuất nguồn gốc cây dâu bằng mã QR” để thiết kế nên một hệ thống trồng

nông sản hiện đại và thông minh hơn Công nghệ IoTs được ứng dụng trong môhình nhằm mục đích tự động hóa những công việc như phun sương, tưới nước,bật đèn, quạt… từ đó giảm sức lao động và thời gian canh tác cũng được rút ngắn.Các cảm biến đặt tại vị trí cây trồng sẽ đọc các giá trị môi trường rồi gửi về hệthống để hỗ trợ nhà vườn theo dõi thời tiết môi trường và đưa ra phương ánchóng chọi khi khí hậu biến đổi Ngoài ra, hệ thống được tích hợp mã QR đápứng cho việc truy xuất nguồn gốc, quá trình trồng trọt, phát triển của cây và quytrình xuất khẩu của sản phẩm một cách dễ dàng, đảm bảo tốt vấn đề về an toànthực phẩm

1.2 Mục tiêu đề tài

Đề tài được xây dựng với mục tiêu tìm hiểu và ứng dụng về:

 Sử dụng những cảm biến để đáp ứng việc theo dõi, đọc dữ liệu vềnhiệt độ môi trường, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, cảnh báo có mưa hay không vàcường độ sáng để tìm ra những phương pháp chăm sóc cây dâu tây hợp lí và đề

ra các phương án kịp thời để chóng chọi với sự thay đổi thất thường của thời tiết.Xây dựng những thiết bị phần cứng đáp ứng cho các công việc như phun sươngđiều hòa độ ẩm không khí, bắt/tắt đèn và quạt để thay đổi nhiệt độ môi trường,đóng mở mái che khi có mưa lớn xảy ra hoặc nắng gắt

 Dùng cơ sở dữ liệu Firebase để quản lý và lưu những dữ liệu saukhi thu thập được

 Ứng dụng mạng Wifi và Lora để chuyển đổi trạng thái những thiết

bị và theo dõi hệ thống từ xa

 Thiết kế phần mềm ứng dụng hiển thị đầy đủ những thông số đã đođược và có thể điều khiển trạng thái của những thiết bị phần cứng từ xa

 Thiết kế mã QRcode để truy xuất nguồn gốc cây trồng

1.3 Giới hạn đề tài

 Mô hình được xây dựng nhỏ có kích thước cao, dài và rộng là25cm x 25cm x 25cm chỉ để thử nghiệm

 Điều khiển trạng thái của những thiết bị chỉ thông qua phần mềm

 Tất cả cảm biến được dùng trong đề tài chỉ thích hợp cho những

mô hình mô phỏng

 Không có nguồn dự phòng

1.4 Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu lí thuyết về cây dâu tây, chuẩn truyền thông Lora, Wifi,Arduino, ESP8266 cũng như các loại cảm biến

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Nghiên cứu về những đặc tính của cây dâu tây

 Nghiên cứu về module truyền thông Lora RA02, module wifiESP8266-12E, module Arduino Nano

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Giới thiệu về cây dâu tây, mạng truyền thông Lora, Arduino Nano,ESP8266 và mã QR

Chương 3: Thiết kế mô hình

Tính toán và đề ra các yêu cầu chức năng

Thi công phần cứng, phần mềm của hệ thống

Chương 4: Thi công và kết luận

Đưa ra kết quả thực hiện và đánh giá toàn bộ hệ thống

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Tổng hợp đánh toàn bộ hệ thống, kết luận và đề xuất hướng phát triển

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Khảo sát về cây dâu tây

2.1.1 Đặc tính của câu dâu tây

Fragaria vesca L là tên khoa học của dâu tây, cây họ thân thảo, thân củacây dâu tây không dài như những cây khác và có khá nhiều lá mọc gần nhau,sống lâu năm nếu được chăm sóc tốt Tùy theo đặc tính từng giống và môi trườngsinh sống mà cây dâu phát sẽ triển khác nhau (thành thân bò, phát hoa hoặc thânnhánh) Cây dâu tây phù hợp sống trong đất xốp, nhẹ, cung cấp hàm lượng dinhdưỡng nhất định và đầy đủ, thích hợp nhất là đất có độ pH 6-7 Quả của cây dâutây rất được ưa chuộng vì dâu tây cung cấp đầy đủ dinh dưỡng như vitamin C, B1,đạm, canxi,… và nhiều dinh dưỡng khác nữa Việc trồng dâu tây không khó nếu

ta biết cách trồng và cần phải có nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong việc chămsóc để dâu tây phát triển tốt, năng suất được tăng cao và đạt được các chỉ tiêu về

an toàn thực phẩm Có khá nhiều yếu tố gây tác động, ảnh hưởng trực tiếp đếnquá trình lớn lên của cây dâu như nhiệt độ môi trường, độ ẩm đất, cường độ ánhsáng, độ ẩm không khí,…Yếu tố môi trường quyết định phần lớn chất lượng,hương vị của quả, đặc biệt là năng suất và giá trị những chất dinh dưỡng của quảkhi thu hoạch

Hình 2.1: Vườn dâu tây trồng trong nhà màng

(nguồn: https://vi.womanexpertus.com )

2.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến cây dâu

a) Ảnh hưởng của nhiệt độNhiệt độ trực tiếp ảnh hưởng đến sự phát triển của cây dâu Nhiệt độ màcây dâu cần để phát triển tốt nhất là từ 18°C - 25°C [8] Chất lượng và sản lượngcủa quả sẽ tăng trong trường hợp ngày và đêm có biên độ nhiệt cao [8] Songsong với đó thì chu kỳ sinh trưởng phải đảm bảo nhiệt độ tương thích để ranhững quả dâu căng mong, đầy đủ dinh dưỡng nhất có thể Ví dụ, nhiệt độ từ15°C - 24°C sẽ thích hợp cho thời kỳ cây ra chồi non và hoa, nếu biên độ nhiệtngày trong khoảng 20°C -25°C, ban đêm trong khoảng 10°C - 15°C thì cây sẽcho nhiều trái khi trong thời kỳ hình thành trái [8]

b) Ảnh hưởng của ánh sángÁnh sáng là một yếu tố gây ảnh hưởng lớn, trực tiếp đến sự quang hợp củacủa cây dâu, cây sẽ sinh trưởng tốt khi có ánh sáng tốt, ngược lại khi cây dâu sẽ

bị ảnh hưởng rất nhiều khi thiếu ánh sáng Khi ánh sáng không đủ đáp ứng, cây

sẽ cho quả không mọng nước, nhỏ, cũng như chất dinh dưỡng trong quả dâukhông dồi dào Ở cường độ ánh sáng từ 800mol/m2/s cho đến 1200mol/m2/s thìcây sẽ quang hợp tốt, ngược lại khi thấp hơn 700mol/cm2/s thì sự quang tổnghợp của cây sẽ giảm nhanh chóng [8] Sự phát triển và sinh trưởng của dâu tâyluôn bị ảnh hưởng bởi quang kỳ, khi ngày dài sẽ dẫn đến cây dâu kích thích pháttriển chòi non, cuống và phiến lá tốt hơn

c) Ảnh hưởng của độ ẩm đấtBên cạnh những yếu tố trên thì độ ẩm đất cũng ảnh hưởng mạnh mẽ, trựctiếp đến quá trình phát triển của cây Để dâu tây có thể lớn lên bình thường thìcần trồng trong đất có độ ẩm đất phù hợp là khoảng 65% đến 75%, cây dâu sẽcho quả lớn và năng suất đạt được tối đa Môi trường trồng phải được đảm bảo,nếu thoát nước kém (quá ẩm ướt) nấm bệnh sẽ xuất hiện, nấm bệnh thường gặpnhất ở cây dâu là Phytoppthora Fragariae Nếu môi trường quá khô (thiếu nước)cây sẽ cằn cõi và quả sẽ không mọng nước

d) Ảnh hưởng của độ ẩm không khíNgoài các yếu tố trên, sự phát triển của cây dâu cũng bị độ ẩm không khíảnh hưởng trực tiếp, khi mưa kéo dài sẽ làm độ ẩm tăng cao từ đó dễ làm cây bịbệnh, ảnh hưởng lớn đến độ cứng/mềm của quả Ngoài ra, độ ẩm không khí gâyrất nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến việc bảo quản quả, khi quá ẩm ướt quả dễ bị hưhỏng vì xuất hiện hai loại nấm Rhizopusspp và Botrytiscin Tương tự, khi trờiquá nóng, độ ẩm không khí cao, cây thiếu nước sẽ dẫn đến sự phát triển chậm,thậm chí cây có thể héo và mất đi sự sống.

2.2 Sơ lược về chuẩn truyền thông Lora

Vào năm 2013, công ty STEMTECH đã thành công phát minh ra côngnghệ truyền thông LoRa dựa trên phương pháp điều chế Chirp Spread Spectrum

Sự ra đời của chuẩn truyền thông Lora đã thỏa mãn không ít nhu cầu, một trong

số đấy là tạo sự giao tiếp với các cảm biến và tiêu hao nguồn năng lượng ít trênmột phạm vi rộng, dễ vận hành, bảo trì thiết bị So với những chuẩn truyền thôngtrước đó, Lora có có nhiều điểm khác và nổi trội, trong số những ưu điểm đấy nổibật nhất là Lora truyền được dữ liệu ở khoảng cách xa lên đến 5km mà nó tiêutốn nguồn năng lượng không nhiều

Điểm nổi bật thứ hai trong truyền thông Lora là tạo được sự tương tác vớicác cảm biến mà không cần kết nối dây, từ đó việc lắp ráp sẽ nhanh và dễ dànghơn, dữ liệu sẽ được truyền đi xa và an toàn cho các ứng dụng IoT Lora khôngdùng mạch khuyếch đại công suất nhưng dữ liệu của nó có thể gửi - nhận ở mộtkhoảng cách kên dến vài kilometer, vì vậy năng lượng tiêu thụ sẽ được giảm khigửi và nhận dữ liệu Trong những mạng cảm biến, tại các node cách xa trung tâmthường sử dụng truyền thông Lora để có thể gửi giá trị nhận được Với phạm vigiao tiếp vượt trội, khả năng truyền dữ liệu lớn vì thế để những mô hình IoTđược triển khai trên các khu vực rộng lớn thì Lora luôn là lựa tốt.

Hình 2.2: Công nghệ Lora được ứng dụng vào mô hình tưới tiêu tự động

(Nguồn: https://techway.vn)

2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của Lora

Truyền thông Lora có nhiều rất điểm nổi bật và đa số nó sử dụng vào cácmảng về IoT, Nhưng song song đó thì Lora vẫn còn một số nhược điểm Bảng2.1 dưới đây nói về những ưu và nhược điểm của Lora

Bảng 2.1: Bảng so sánh ưu điểm và nhược điểm của Lora

Ưu điểm Nhược điểm

Thiết bị cảm biến sử dụng một nguồn

công suất coi như rất thaaos và nó có

Tải trọng lớn không dùng được, giới

thể phủ sóng đến hàng kilometer hạn là 100byte

Chi phí ban đầu đầu tư (dây và vỏ bảo

vệ dây) được tiết kiệm tối đa và độ ổn

Triển khai nhanh chóng và dễ cài đặt

Có thể giao tiếp hai chiều qua lại

2.2.3 Dải tần hoạt động của Lora

Dựa vào những đặc điểm đặc thủ ở từng khu vực trên toàn cầu thì hoạtđộng của Lora sẽ trãi dài trên băng tần từ 430MHz đến 915 MHz Ở Châu Á, tần

số làm việc là 430Mhz, riêng Trung Quốc hoạt động trên tần số là 780MHz Đốivới Châu Âu, tần số hoạt động là 433MHz hoặc 866MHz Riêng USA, tần sốhoạt động 915MHz cao hơn các khu vực khác

2.2.4 Nguyên lí hoạt động

Công nghệ Lora được nghiên cứu thành công dựa trên nền tảng công nghệ

kỹ thuật điều chế CSS Đầu tiên, các xung cao tần sẽ băm dữ liệu để tạo ra tínhiệu, so với tần số ban đầu thì dãy tần số của tín hiệu này sẽ cao hơn, tiếp theo tínhiệu sẽ được mã hóa thành dạng chuỗi tín hiệu chirp và cuối cùng từ anten tínhiệu sẽ được gửi đi Nhờ vào nguyên lý này mà tín hiệu Lora chỉ cần lượng côngsuất thấp cũng có thể truyền được đi xa dù tín hiệu nhiễu bên ngoài môi trườngluôn cao hơn tín hiệu gửi đi

2.2.5 Vai trò của LoRa trong IOT

Điểm nổi bật nhất của LoRa là trong một khoảng cách xa là nó vẫn truyềnnhận dữ liệu nhưng nó tiêu tốn một guồn năng lượng không đáng kể Nhờ vàođiều này mà việc thay pin sẽ hạn và việc kết nối của các sensor trong mạng IoT

sẽ diễn ra mượt mà hơn Những thiết bị sử dụng trong mạng IoT có thể điềukhiển bằng máy tính hay iện thoại thông minh với mức độ ổn định cao Hình 2.4

mô tả được xung quanh cuộc sống chúng ta sử dụng LoRa

Hình 2.3: Vai trò của LoRa trong cuộc sống

Hình 2.4 : Mã QR

(Nguồn:https://www.thegioididong.com/hoi-dap )

2.3.2 Ứng dụng

Ngày nay, mã QR đã quá gần gũi, quen thuộc với mọi người dân, gần nhưtất cả ngành nghề trong nhiều lĩnh vực khác nhau đều sử dụng mã QR Mã QRthường được dùng để truy xuất thông tin của sản phẩm, mã thanh toán, mã truycập wifi… Nhóm thực hiện chọn mã QR làm ứng dụng trong nông nghiệp đểquét và từ đó truy xuất được dữ liệu cây trồng trong nông nghiệp

2.3.3 Cách tạo mã QR

Mã QR được tạo nên bằng rất nhiều cách Có thể sử dụng phần mềm codenhư Bartender Barcode hay có thể dùng ngay phần mềm online như Scanova, QRcode Monkey, Visialead,… để tạo mã QR từ những thông tin mà người sử dụngcần mã hóa chúng

2.3.4 Cách đọc mã QR

Cách mà người sử dụng đọc được mã QR là dùng các phần mềm tiện ích

có sẵn trên điện thoại thông minh để quét như quét thông qua camera, hay trênphần mềm như Zalo hoặc có thể dùng máy quẹt mã hai chiều Mức độ chính xác

và tốc độ truy cập phụ thuộc nhiều vào công cụ của người dùng và ứng dụng lậpthành mã QR

2.4 Giới thiệu Arduino Nano

Arduino Nano được thiết kế khá nhỏ gọn, đầy đủ, có tích hợp vi điềukhiển ATmega328P Điểm khác biệt rõ nhất giữa arduino Nano so với các bomạch arduino khác là Nano không có giắc nguồn DC mà thay thế bằng cổngUSB, việc nạp code sẽ dễ dàng hơn thông qua cổng này Nhờ vậy mà giá củaarduino Nano giảm nhiều so với các arduino khác nhưng vẫn đảm bảo được mụcđích người dùng và tất cả các tính năng vẫn được đảm bảo, việc giao tiếp vớimáy tính cũng trở nên nhanh, gọn, lẹ và sử dụng dễ dàng Nổi trội nhất là arduinoNano sẽ dựa vào hiệu điện thế của bản thân nó và từ đó nó sẽ chọn công suất lớnnhất Ngoài ra, Arduino Nano còn có những yếu tố về các thông số khác mô tảqua bảng 2.2

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Nano

Arduino Nano Thông số

Arduino Nano có tổng cộng tất cả 32 chân, trong đó có 8 chân Analog và

24 chân Digital, và với mỗi chân khác nhau nó sẽ cho ra những chức năng vớinhững mục đích khác nhau để dễ điều khiển các thiết Chức năng các chân củaArduino Nano được liệt kê qua hình 2.5

Hình 2.5: Chức năng chân của Arduino Nano

(Nguồn:https://dientutuonglai.com)

Arduino Nano có 14 I/O digital từ chân (1-16) (trừ chân 3 và 4 ) đượcđánh dấu (RX1, TX1 và từ D2 đến D13) Điên áp tối đa để các chân làm việc là5V Dòng điện 40mA là dòng điện tối đa mà mỗi chân có thể nhận hoặc cấp vàtrở được kéo lên từ 20-50 k Những chân này thường được dùng để làm chânI/O Ngoài làm I/O, những chân này còn có chức năng khác

Chân 1 và 2 là hai chân nối tiếp, dữ liệu nối tiếp TTL sẽ được truyên quahai chân RX (nhận) và TX (truyền) Hai chân này được nối với hai chân nối tiếpthích hợp của chip USB tới TTL

Chân 5 và 6 dùng để ngắt Thông qua hai chân này, ta có thể cung cấp mộtngắt ngoài cho bộ điều khiển hay một bộ xử lý khác Khi dùng hàmattachInterrupt (), hai chân này sẽ cho phép người dùng ngắt INT0 và INT1tương ứng Có ba loại ngắt có thể được kích hoạt thông qua 2 chân này như ngắttrên giá trị thấp, thay đổi giá trị ngắt và giảm hoặc tăng mức ngắt

Chân 6, 8, 9, 12, 13, 14 đây là 6 chân PWM Các tín hiệu điều chế xungđược cung cấp qua các chân này, độ rộng xung là 8 bit và sử dụng hàmanalogWrite () để tạo ra tín hiệu PWM

Chân 13 đến chân 16 dùng để làm chuẩn giao tiếp SPI, nếu các chântruyền dữ liệu theo giao thức bất đồng bộ bị hỏng, có thể dùng bốn chân này đểthực hiện giao tiếp đồng bộ Tuy nhiên, bạn cần cày đặt thư viên SPI vì tính năngnày không có sẵn trong phần mềm Arduino.

Chân 16, ngoài việc dùng để làm chuẩn giao tiếp SPI, chân này còn có thểkết nối với led Nếu có kết nối, led trên bo mạch sẽ sáng khi sử dụng chân này

Các chân 19 đến 26 là các chân có chức năng làm ngõ vào/ra analog, đượcđánh dấu A0 đến A7 Mỗi chân analog này được tích hợp sẵn một ADC, độ phângiải là 1024 bit ( vì thế chân sẽ cho giá trị 1024) Điện áp cần cung cấp cho cácchân này là từ 0V đến 5V Ngoài ra, những chân analog này còn có các chứcnăng khác

Chân 23 và 24 sử dụng để làm chuẩn giao tiếp I2C Khi không còn chân

để sử dụng giao thức SPI ( sử dụng 4 chân trong bo mạch) nên thay thế bằng giaothức I2C ( chỉ dùng 2 chân) để truyền thông đường dài Chỉ với 2 dây, một dâySCL (xung) và một dây SDA (dữ liệu) giao thức này có thể thực hiện tốt chứcnăng truyền thông

Chân 18 ( AREF) đây là chân tham chiếu điện áp cho ngõ vào sử dụngchuyển đổi ADC

Chân 3 và chân 28 là chân reset Chân này được dùng để tương tác vớimạch nút nhấn để làm nút reset

Chân 27 ( +5V) có chức năng là đầu ra 5V ( từ nguồn điện bên ngoài hoặc

đó chân MISO và MOSI đảm nhiệm công việc làm đầu vào hoặc đầu ra, chân