Chăm sóc cây cảnh thông minh trong văn phòng

MỞ ĐẦUTrong bối cảnh hiện nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin đã trở nên phổ biếntrong hầu hết mọi cơ quan, doanh nghiệp, trường học đặc biệt là việc áp dụng các giảipháp tin học tron

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN, ROBOT

VÀ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

Giảng viên hướng dẫn: ThS.NGUYỄN THANH SƠN

Sinh viên thực hiện: VÕ GIANG HOÀNG HƯNG

Bình Dương, Tháng 12/2023

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CÁM ƠN

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin, robot & trítuệ nhân tạo – Trường Đại học Bình Dương đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quátrình học tập, nghiên cứu, truyền đạt kiến thức cho chúng em trong những năm học vừaqua.Em xin chân thành cảm ơn đến:

Đầu tiên , Em xin bày tỏ chân thành và sâu sắc đến Giảng viên hướng dẫn – Thạc

sĩ Nguyễn Thanh Sơn, người đã hướng dẫn cho em trong suốt thời gian thực tập Khibắt tay vào thực hiện bài báo cáo thì kiến thức và sự hiểu biết của chúng em về đề tàinày còn rất hạn hẹp Thầy đã định hướng đi cho em, dẫn dắt em đi đến những bướccuối cùng để em hoàn thành tốt bài báo cáo đảm bảo nội dung và đúng thời hạn

Em xin chân thành cảm ơn các giảng viên của khoa Công nghệ thông tin - trườngđại học Bình Dương đã truyền đạt kiến thức chuyên môn, luôn luôn giúp đỡ, địnhhướng nghề nghiệp,tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu tạitrường

Cuối cùng, Em xin gửi cảm ơn ba mẹ ,bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên và cổ vũtrong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tuy đã cố gắng thực hiện đề tài nhưng chắc chắn còn nhiều thiếu sót do thiếukiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế, Em rất mong nhận sự góp ý, chỉ dạy thêm để

em có thể hoàn thiện hơn Một lần nữa , Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy

cô, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành bài báo cáo này!

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN i

MỤC LỤC iii

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x

MÔ TẢ ĐỀ TÀI CHI TIẾT xi

MỞ ĐẦU xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do thực hiện đề tài 1

1.2 Các hệ thống tương tự 2

1.3 Phát biểu bài toán 4

1.3.1 Tóm tắt mục tiêu 4

1.3.2 Phạm vi của đề tài 4

1.3.3 Sản phẩm của đề tài 4

1.4 Kết quả cần đạt 4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Giới thiệu Smart Office Plant Care 6

2.1.1 Smart Office Plant Care là gì ? 6

2.1.2 Tính ứng dụng của mô hình 6

2.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IOT 7

2.2.1 Công Nghệ IoT là gì ? 7

2.2.2 Lịch sử của công nghệ IoT 7

2.3 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 8

2.3.1 Arduino Là Gì? 8

2.3.2 Ứng Dụng Của Arduino 8

2.3.3 Mã Nguồn Mở 9

2.4 PHẦN MỀM HỖ TRỢ 9

2.4.1 Arduino Software để thiết kế hệ thống 9

2.4.1.1 Arduino Software là gì? 9

2.4.1.2 Tính năng của Arduino IDE 9

2.4.2 Android Studio thiết kế phần mềm 10

2.4.2.1 Android Studio là gì? 10

2.4.2.2 Các tính năng của Android Studio 10

2.4.3 Giới thiệu về Firebase 11

2.4.3.1 Firebase là gì ? 11

2.4.3.2 Tính năng chính của Firebase 11

2.5 NGÔN NGỮ SỬ DỤNG 12

2.5.1 Ngôn ngữ C++ 12

2.5.1.1 Ngôn ngữ C++ là gì? 12

2.5.1.2 Đặc điểm của C++ 12

2.5.1.3 Ứng dụng của ngôn ngữ C++ 13

2.5.1 Ngôn ngữ Java 13

2.5.1.1 Java là gì ? 13

2.5.1.2 Tính năng của Java 14

2.5.1.3 Ứng dụng của Java 14

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ 15

3.1 Các yều cầu chức năng [ Use case view] 15

3.1.1 Ngữ cảnh sử dụng 15

3.1.1.1 Danh sách actor 15

3.1.1.2 Sơ đồ ngữ cảnh 15

3.1.2 Các user case 16

3.1.2.1 Danh sách use case 16

3.1.2.2 Sơ đồ use case chính 16

3.2 Các yêu cầu phi chức năng 17

3.3 Mô hình hệ thống 18

3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 18

3.3.2 Mô tả chức năng và nhiệm vụ của hệ thống 18

3.3.3Thiết kế sơ đồ hệ thống thực tế 20

3.3.1 Sơ đồ bố trí, triên khai trên hệ thống phần cứng, mạng 21

3.3.1.1 Sơ Đồ Triển Khai 21

3.3.1.2 Chế độ điều khiển theo cảm biến độ ẩm đất 22

3.3.1.3 Chế độ điều khiển đèn bằng cảm biến ánh sáng 23

3.3.1.4 Chế độ điều khiển trên app 24

3.4 Sơ đồ kiến trúc 25

3.4.1 Mô hình kiến trúc 25

3.4.2 Mô tả chức năng của sơ đồ kiến trúc 25

3.5 Thiết kế giao diện người dùng 26

3.5.1 Mô hình App sử dụng 26

3.5.2 Mô hình App nguyên mẫu 27

3.6 Thiết kế chi tiết 28

3.6.1 Giới thiệu thiết bị phần cứng 28

3.6.1.1 Kit RF Thu Phát Wifi Bluetooth ESP32 28

3.6.1.2 Cảm biến độ ẩm đất ( Soil Humidity Sensor) 29

3.6.1.3 Cảm Biến mực nước(High Sensitivity Water Sensor) 30

3.6.1.4 Module Cảm Biến Độ Ẩm, Nhiệt Độ DHT11 31

3.6.1.5 Cảm biến ánh sáng (Light Sensor Module) 32

3.6.1.6 Relay 2 kênh kích mức high/slow có OTP 5vDC 32

3.6.1.7 LCD 1602 kèm module I2C màu Xanh Dương 33

3.6.1.8 Mạch cấp nguồn BreadBoard 34

3.6.1.9 Động cơ bơm chìm Mini Water Pump 3V-5VDC 34

3.6.2 Mô hình nguyên lý 35

3.6.3 Mô hình lấp dây của khối chấp hành 36

3.6.3.1 Mô hình lấp dây của thiết bị 36

3.6.3.2 Sơ đồ chân kết nối của esp32 với LCD 36

3.6.3.4 Sơ đồ chân kết nối của Relay với máy bơm và nguồn 5V 36

3.6.3.5 Sơ đồ chân kết nối của Relay với đèn chiếu sáng và nguồn 5V 37

3.6.3.6 Sơ đồ chân kết nối của nguồn 5V với Relay 2 kênh 5v 37

3.6.3.7 Sơ đồ chân kết nối của esp32 với Relay 2 kênh 5v 37

3.6.3 Mô hình lấp dây của khối cảm biến 38

3.6.3.1 Mô hình lấp dây cảm biến 38

3.6.1.2 Sơ đồ chân kết nối của esp32 với cảm biến độ ẩm đất 38

3.6.1.4 Sơ đồ chân kết nối của esp32 với cảm biến mực nước 38

3.6.1.5 Sơ đồ chân kết nối của esp32 với cảm biến ánh sáng 39

3.6.1.6 Sơ đồ chân kết nối của esp32 với cảm biến nhiệt độ , độ ẩm DHT11 39

3.6.4 Thiết kế dữ liệu 39

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 40

4.1 Các kịch bản thử nghiệm 40

4.1.1 Cài đặt và chạy trên Arduino 40

4.1.2 Thiết kế và chạy chương trình app Android Studio 43

4.2 Kết quả thử nghiệm 44

4.2.1 Mô hình sản phẩm 44

4.2.2 Ứng dụng Android 45

4.3 Xử lý các trường hợp ngoại lệ 46

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47

5.1 Kết quả đạt được 47

5.2 Các hạn chế của đồ án 48

5.3 Hướng phát triển 48

PHỤ LỤC xviii

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO xxv

TÀI LIỆU THAM KHẢO xxv

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Hệ Thống IoT Tự Động Hóa Chăm Sóc Cây 2

Hình 1-2 Hệ thống tưới cây bằng năng lượng mặt trời 3

Hình 2-1 Mô hình chăm sóc cây thông minh trong văn phòng 6

Hình 2-2 Các loại Arduino 8

Hình 2-3 Arduino software 9

Hình 2-4 Android studio 10

Hình 2-5 Firebase được mua lại bởi Google 11

Hình 2-6 Ngôn ngữ C++ 12

Hình 2-7 Ngôn ngữ Java 14

Hình 3-1 Sơ đồ ngữ cảnh 15

Hình 3-2 Sơ đồ user case tổng quát 16

Hình 3-3 Sơ đồ khối hệ thống 18

Hình 3-4 Sơ đồ mô hình hệ thống thực tế 20

Hình 3-5 Sơ đồ triển khai 21

Hình 3-6 Lưu đồ thuật toán cảm biến dộ ẩm đất 22

Hình 3-7 Lưu đồ thuật toán cảm biến Ánh sáng 23

Hình 3-8 Lưu đồ hoạt động của ứng dụng của hệ thống 24

Hình 3-9 Sơ đồ kiến trúc 25

Hình 3-10 Mô hình App sử dụng để chạy chương trình 26

Hình 3-11 Mô hình thiết kế app nguyên mẫu 27

Hình 3-12 Kit phát wifi bluetooh Esp32 28

Hình 3-13 Sơ đồ chân Kit RF thu phát wifi bluetooth ESP32 28

Hình 3-14 Cảm biến độ ẩm đất 29

Hình 3-15 Cảm biến mực nước 30

Hình 3-16 Cảm biến nhiệt độ , độ ẩm Dht11 31

Hình 3-17 Cảm biến ánh sáng 32

Hình 3-18 Relay kích mức cao/thấp có otp 5vDC 32

Hình 3-19 LCD 1602 kèm module I2C 33

Hình 3-20 Mạch cấp nguồn 34

Hình 3-21 Động cơ bơm chìm mini 34

Hình 3-22 Mô hình nguyên lý hoạt động 35

Hình 3-23 Sơ đồ lấp dây cùa khối chấp hành 36

Hình 3-24 Sơ đồ lấp dây các thiết bị cảm biến 38

Hình 3-25 Dữ liệu trên Firebase 39

Hình 4-1 Đường dẫn chạy Esp32 40

Hình 4-2 Cài đặt chương trình để chạy esp32 41

Hình 4-3 Thư viện cần cài đặt 41

Hình 4-4 Tên Doit Esp32 DEVKIT V1 cho Esp32 42

Hình 4-5 Chạy chương trình cho esp32 42

Hình 4-6 Chức năng chương trình và thiết lập từng phần ứng dụng chính 43

Hình 4-7 Thiết kế giao diện cho ứng dụng 43

Hình 4-8 Mô hình chăm sóc cây cảnh thông minh trong văn phòng 44

Hình 4-9 Mô hình ứng dụng chạy hệ thống 45

Hình 4-10 Phản ứng khi hết nước 45

Hình 4-11 Lỗi khi không bấm nút boot trên Esp32 46

Hình 4-12 Khi chạy gần xong bấm nút boot trên esp32 để chạy tiếp chương trình 46

MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Bảng kết quả cần đạt được 4

Bảng 3-1 Bảng danh sách Actor 15

Bảng 3-2 Danh sách các user case 16

Bảng 3-3 Chức năng và nhiệm vụ các khối 18

Bảng 3-4 Bảng Mô tả các chức năng sơ đồ triển khai 21

Bảng 3-5 Các chức năng trong sơ đồ cấu trúc 25

Bảng 2- 6 Bảng Hoạt động của các chân cảm biến mực nước 30

Bảng 2- 7 Bảng chức năng của cảm biến dht11 31

Bảng 3-8 Bảng kết nối ESP32 và màn hình LCD 36

Bảng 3-9 Bảng kết nối Relay và máy bơm 36

Bảng 3-10 Bảng kết nối Relay và đèn 37

Bảng 3-11 Bảng kết nối ESP32 và Relay 37

Bảng 3-12 Bảng kết nối ESP32 và Relay 37

Bảng 3-13 Bảng nối chân của cảm biến độ ẩm đất 38

Bảng 3-14 Bảng nối chân của cảm biến mực nước 38

Bảng 3-15 Bảng nối chân của cảm biến ánh sáng 39

Bảng 3-16 Bảng nối chân của cảm biến DHT11 39

Bảng 5-1 Những gì đạt và không đạt 48

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

MÔ TẢ ĐỀ TÀI CHI TIẾTTên đề tài: CHĂM SÓC CÂY CẢNH THÔNG MINH TRONG VĂN PHÒNG

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Sơn

Thời gian thực hiện: Từ 6 tháng 09 năm 2023 đến 6 tháng 12 năm 2022.

Sinh viên thực hiện: Võ Giang Hoàng Hưng - 19050028

Nội dung đề tài:

 Lý do chọn đề tài:

Cây cảnh văn phòng không chỉ góp phần tô điểm cho không gian làm việc thêm tươimới, thư giãn tinh thần, mà còn kích thích khả năng sáng tạo và tư duy hiệu quả Tuynhiên, với điều kiện ánh sáng và nhiệt độ , độ ẩm khá khắt khe, văn phòng làm việc lạikhông phải một môi trường lý tưởng để cây cảnh có thể sinh trưởng và phát triển tốtnhất

 Mục tiêu của đề tài:

1 Đo chính sát nhiệt độ độ ẩm

2 Đo cảm biến đất khi nào thì tưới cây

3 Đèn chiếu sáng khi trời tối sử dụng cảm biến ánh sáng

4 Đo mực nước trong bình,hết nước sẽ thông báo

5 Kết nối các thiết bị và chuyển lên firebase

Thông qua đề tài lần này, xây dựng một sản phẩm hoàn chỉnh cho việc chăm sóc câycảnh dựa vào các thiết bị cảm biến IoT và chương trình chạy trên Android

 Phương pháp thực hiện:

 Kết nối qua google firebase để điều khiển

 Kết quả mong đợi:

- Có thể chăm sóc cây cảnh thông minh trong văn phòng dựa trên những thiết bị cảmbiến

Kế hoạch thực hiện:

- Tìm hiểu các phần mềm sử dụng

Từ19/9/2023 đến 25/9/2023 - Mua thiết bị, các đồ liên quan đến đề tài

Từ26/9/2023 đến 10/10/2023 - Viết code cho thiết bị và chương trình

Từ11/10/2023đến25/10/2023 - Viết app cho ứng dụng để điều khiển các cảm biếnTừ26/10/2023 đến 2/11/2023 - Lắp ráp các thiết bị thành mô hình

Từ3/11/2023đến20/11/2023 - Viết báo cáo đề tài

Từ21/11/2023đến25/11/2023 - Vẽ sơ đồ cho ứng dụng

Từ26/11/2023đến29/11/2023 - Làm poster , video mô hình

- Chỉnh sửa, hoàn thiện bài báo cáo

TRƯỞNG KHOA

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Bình Dương, ngày….tháng … năm…

CB HƯỚNG DẪN

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh hiện nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin đã trở nên phổ biếntrong hầu hết mọi cơ quan, doanh nghiệp, trường học đặc biệt là việc áp dụng các giảipháp tin học trong công tác quản lý hoặc để xây dựng những hệ thống phục vụ cho mộtmục đích nào đó

Với sự hỗ trợ đắc lực từ công nghệ thông tin, tốc độ phát triển chung của xã hội đãđược tăng lên rất nhiều lần và đã trở thành một trong những lĩnh vực quan trọng hàng đầucủa thế giới Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì công nghệ IoT cũng dầndần phát triển một cách nhanh chóng Công nghệ IoT có sự kết hợp với internet để sửdụng các thiết bị như điện thoại di động, máy tính ,cảm biến , và các thiết bị điện dândụng đem lại những trải nghiệm mới cho con người về các thiết bị tự động và điều khiển

Khi mà công nghệ thông tin và IoT ngày càng trở nên mạnh mẽ và tích hợp vàomọi lĩnh vực cuộc sống, sự kết hợp giữa tiện ích hiện đại và bảo vệ môi trường đang trởthành một xu hướng ngày càng quan trọng Trong môi trường làm việc ở văn phòng , câycảnh không chỉ làm đẹp môi trường, mà còn mang lại nhiều lợi ích tạo ra không gian làmviệc thoải mái và xanh mát không chỉ là một điều ưu tiên mà còn là một yếu tố tác độngđến sự sáng tạo, sức khỏe, và tinh thần làm việc của nhân viên văn phòng.Tuy nhiên, việcchăm sóc cây cảnh trong môi trường văn phòng có thể là một công việc , đặc biệt là trongmôi trường công việc áp lực không có thời gian chăm sóc cây cảnh, cùng với môi trườngvăn phòng có nhiệt độ thấp dẫn đến cây gặp nhiều vấn đề

để chăm sóc cây cảnh khi nhân viên văn phòng bận công việc hay đi công tác và có thểđiều khiển hệ thống trên app điện thoại Tuy đề tài không mới nhưng điểm mạnh là đượckhảo sát và hiện thực thực tế với mong muốn được áp dụng vào thực tế Trong của bàibáo cáo này, với những hạn chế về mặt kiến thức lẫn thời gian, cũng như chuyên môn đốivới sinh viên chuyên ngành , nên không tránh khỏi những thiếu sót khi thực hiện đề tài

NỘI DUNG ĐỀ TÀI ĐƯỢC CHIA THÀNH 5 CHƯƠNG

Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Chương đầu tiên , em sẽ giới thiệu tên đề tài ,lý do chọn đề tài , các hệ thống đang

và đã sử dụng của đề tài, đề ra mục tiêu và phương thức thực hiện, ý nghĩa thực tiễn khithực hiện đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này em sẽ nêu những cơ sở lý thuyết, chức năng, phần mềm sử dụng ,vàcác công nghệ sử dụng trong đề tài

Chương 3: Phân tích - thiết kế

Trong chương này, em tiến hành phân tích và xác định các chức năng chính (mụctiêu để xây dựng phần cứng và phần mềm) Cũng trong chương này chúng em phân tíchthiết kế chi tiết từng chức năng của chương trình, sơ đồ lên ý tưởng cho từng bước cài đặt

Chương 4: Kết quả thực nghiệm

Đưa ra các kết quả trong suốt quá trình thực nghiệm ,nghiên cứu đề tài , đưa ra các

mô hình của hệ thống, đưa ra các lời nhận xét và đánh giá toàn bộ mô hình của đề tài

Chương 5: Kết luận -hướng phát triển

Kết luận lại những gì đã đạt và chưa đạt , các hạn chế khi thực hiện và những pháttriển trong tương lai trong quá trình nghiên cứu , thực nghiệm của đề tài

Phần cuối cùng là phụ lục và tài liệu tham khảo của đề tài

Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Tổng quan về đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Đặc biệt, chăm sóc cây cảnh thông minh trong văn phòng không chỉ là thẩm mỹ

mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng môi trường làm việc , thưgiãn tinh thần, mà còn kích thích khả năng sáng tạo và tư duy hiệu quả Tuy nhiên, vớiđiều kiện ánh sáng và nhiệt độ , độ ẩm khá khắt khe, văn phòng làm việc lại không phảimột môi trường lý tưởng để cây cảnh có thể sinh trưởng , phát triển tốt nhất và nhân viênluôn bận công việc không có nhiều thời gian chăm sóc cho cây và cây chậm phát triểntrong điều kiện môi trường thiếu ánh sáng và nước

quản lý và chăm sóc cây khi không có người chăm sóc, biết được nhiệt độ , độ ẩm củamôi trường xung quanh để điều chỉnh phù hợp với môi trường xung quanh

Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Tổng quan về đề tài

Kiểm tra và hiệu chuẩn cảm biến định kỳ để đảm bảo độ chính xác cao và thaycảm biến khi cần thiết

Hệ thống sử dụng công nghệ IoT có khả năng tự động hóa các quy trình chăm sócnhư tưới nước, điều chỉnh ánh sáng, và cung cấp dưỡng chất Điều này giúp giảm bớtcông việc thủ công và đảm bảo cây cảnh được chăm sóc đúng cách

Cho phép người sử dụng tương tác với cây cảnh thông minh qua ứng dụng di động

1.2 Các hệ thống tương tự

Hiện nay , công nghệ IoT đang được sử dụng rộng rải và áp dụng nhiều lĩnh vực và

có rất nhiều hệ thống chăm sóc cây thông minh sử dụng công nghệ IoT đã và đang được

sử dụng Nhưng mỗi loại cây điều có cách chăm sóc và môi trường khác nhau để pháttriển và nếu môi trường sống của cây không đáp ứng đủ điều kiện thì cây sẽ héo và mấtsức sống Ví dụ điển hình của các hệ thống như :

Hệ Thống Chăm Sóc Vườn Rau Thông Minh sử dụng các cảm biến độ ẩm, nhiệt

độ, ánh sáng để kiểm soát tình trạng môi trường vườn rau và tưới nước tự động dựa trênnhu cầu thực tế của cây và vườn

Hệ Thống Chăm Sóc Cây Trong Nhà Sử dụng cảm biến độ ẩm, ánh sáng, và

nhiệt độ để duy trì điều kiện lý tưởng cho cây trong nhà.Hệ thống tưới nước và chiếu sáng

tự động được kích thích theo lịch trình hoặc điều kiện môi trường

Hình 1-1 Hệ Thống IoT Tự Động Hóa Chăm Sóc Cây

Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Tổng quan về đề tài

Ngoài ra ,còn nhiều công ty nghiên cứu và phát triển các thiết bị sản phẩm chămsóc cây cảnh thông minh, phải kể đến như:

GreenIQ tập trung vào các hệ thống tưới nước thông minh dựa trên IoT.Sử dụng

các tính năng như điều khiển tưới nước theo lịch trình, thời tiết, và nhu cầu thực tế củacây cảnh.Làn tối ưu hóa việc sử dụng nước và giảm lượng nước không cần thiết

Edyn cung cấp hệ thống cảm biến và bộ điều khiển thông minh cho vườn và cây

cảnh.Sử dụng cảm biến đo độ ẩm, pH đất, ánh sáng, và nhiệt độ, gửi dữ liệu đến ứng dụng

di động Cung cấp thông báo từ thiết bị và khuyến nghị chăm sóc dựa trên những dữ liệu

đã thu thập được

Bosch Smart Gardening tập trung vào các giải pháp tự động hóa cho vườn và cây

cảnh Sử dụng cảm biến đo độ ẩm, ánh sáng, và nhiệt độ Hệ thống điều khiển tưới nước

và đèn chiếu sáng, giúp tối đa việc chăm sóc cây

Hình 1-2 Hệ thống tưới cây bằng năng lượng mặt trời

Tính mới của đề tài

Sử dụng và điều khiển các thiết bị qua app android

Tưới nước tự động được kích hoạt bởi cảm biến độ ẩm đất

Tích hợp ánh sáng cho cây quang hợp trong môi trường thiếu ánh sáng

Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Tổng quan về đề tài

1.3 Phát biểu bài toán

Dự án tập trung vào việc ứng dụng Internet of Things (IoT) để tạo ra hệ thốngchăm sóc cây cảnh thông minh trong môi trường văn phòng Tối ưu hóa quy trình chămsóc cây cảnh, giảm công sức nhân viên và tạo ra không gian làm việc xanh mát

Các mục tiêu trong đề tài này như sau :

● Tìm hiểu những kiến thức liên quan về IoT

● Tìm hiểu về chăm sóc cây cảnh

● Tìm hiểu về các thiết bị cảm biến IoT để đo đúng thông số chính xác

● Tìm hiểu cách làm và tạo các mô hình liên quan đến đề tài

● Xây dựng Chăm sóc cây cảnh thông minh trong văn phòng

Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Tổng quan về đề tài

Thông báo khi hết nước

dựa vào cảm biến

Hệ thống sẽ thông báo bình nước hết hay còn dựa trên cảmbiến mực nước

Hiển thị được dữ liệu từ

cảm biến lên LCD

Có thể hiển thị nhiệt độ , độ ẩm trong môi trường xung quanhnhờ cảm biến Để người dùng có thể biết được chỉ số môitrường xung quanh từ LCD , đưa dữ liệu lên App

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu Smart Office Plant Care

2.1.1 Smart Office Plant Care là gì ?

Smart Office Plant Care ( Chăm sóc cây cảnh thông minh trong văn phòng ) trongvăn phòng sử dụng công nghệ IoT (Internet of Things) là một ứng dụng hiện đại giúpquản lý và duy trì cây cảnh trong môi trường văn phòng một cách tự động và thông minh

Hệ thống này tích hợp các cảm biến và thiết bị kết nối để thu thập dữ liệu về môi trườngxung quanh cây cảnh, từ đó tự động thực hiện các biện pháp chăm sóc và cung cấp thôngtin chi tiết về trạng thái cây cảnh

Hình 2-1 Mô hình chăm sóc cây thông minh trong văn phòng

2.1.2 Tính ứng dụng của mô hình

Sử dụng cảm biến độ ẩm đất kết hợp với hệ thống IoT để tự động điều chỉnh việctưới nước cho cây cảnh Khi độ ẩm thấp, hệ thống sẽ kích hoạt máy tưới nước để đảm bảocây được cung cấp đủ nước

Sử dụng cảm biến ánh sáng để giám sát mức độ ánh sáng trong không gian làmviệc Nếu ánh sáng không đủ, hệ thống có thể kích hoạt đèn nhân tạo hoặc điều chỉnh vịtrí cây để đảm bảo chúng nhận đủ ánh sáng Gửi thông báo cho người dùng khi mực nướccạn để người dùng thêm nước vào

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IOT

2.2.1 Công Nghệ IoT là gì ?

IoT hay Internet of Things nghĩa là Internet vạn vật Một hệ thống các thiết bị tínhtoán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số hoặc con người có liên quan với nhau và khả năngtruyền dữ liệu qua mạng mà không yêu cầu sự tương tác giữa con người với máy tính

So với công nghệ Internet hiện tại cung cấp các dịch vụ trong không gian tưởngtượng, công nghệ Internet of Things dựa trên thực tế Với sự phát triển nhanh chóng củacông nghệ 4.0, trước năm 2014, trên thế giới vẫn chưa có khái niệm cụ thể cho loại côngnghệ này

IoT liên quan đến việc kết nối các đối tượng và thiết bị vật lý vào internet để chúng

có khả năng trao đổi dữ liệu và thông tin với nhau qua mạng Các đối tượng và thiết bịnày có thể là bất kỳ thứ gì, từ điện thoại thông minh, máy tính, xe hơi, thiết bị gia đìnhthông minh, đến các cảm biến và thiết bị trong sản xuất công nghiệp hoặc nông nghiệp

2.2.2 Lịch sử của công nghệ IoT

Ý tưởng về một mạng lưới các thiết bị thông minh đã được thảo luận từ 1982, vớimột máy bán nước Coca-Cola tại Đại học Carnegie Mellon được tùy chỉnh khiến nó đãtrở thành thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho và độ lạnhcủa những chai nước mới bỏ vào máy

Năm 1999, Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things để mô tả một hệthống mà Internet được kết nối với thế giới vật chất thông qua các cảm biến

Từ năm 2000 ,với sự phát triển của các giao thức mạng không dây, như Wi-Fi vàBluetooth, cũng như giảm giá thành của cảm biến và vi xử lý nhúng, đã tạo điều kiệnthuận lợi cho sự phát triển của IoT

Năm 2008: Sự xuất hiện của IPv6 (Internet Protocol version 6) đã cung cấp mộtđịa chỉ IP đủ lớn để đáp ứng nhu cầu đa dạng của các thiết bị kết nối trong IoT

Và từ năm 2010 đến nay ,Sự phát triển của công nghệ di động, cloud computing,

và các tiêu chuẩn mở như MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) đã tăng tốcquá trình phổ cập IoT mở ra nhiều lĩnh vực, bao gồm y tế, năng lượng, gia đình thôngminh, công nghiệp, và giao thông vận tải

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.3 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO

2.3.1 Arduino Là Gì?

Arduino là một nền tảng điện tử với mã nguồn mở, dựa trên phần cứng và phầnmềm, với thiết kế linh hoạt và dễ sử dụng Arduino cũng có thể xem như một máy tínhthu nhỏ, giúp người dùng lập trình, thực hiện các dự án điện tử dễ dàng hơn mà không cầnđến các công cụ chuyên biệt hỗ trợ việc nạp code

Arduino có thể tương tác với môi trường xung quanh thông qua các loại cảm biến,nút nhấn, Arduino cũng có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị như động cơ,đèn và gửi thông tin đến các thiết bị khác

Các thành phần của Arduino bao gồm phần cứng và phần mềm Chúng ta có thểlập trình điều khiển cho Arduino với ngôn ngữ lập trình C++ trên các phần mềm hỗ trợphát triển tích hợp IDE có nhiệm vụ soạn thảo, biên dịch code, nạp chương cho board

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Game tương tác: Arduino được sử dụng để tương tác với màn hình, Joystick, đểchơi các trò như Tetrix, phá gạch, Mario… và nhiều game rất sáng tạo nữa

Điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến, ứng dụng phổ biến trong nhà thông minh.Làm máy in 3D.Thiết kế đàn bằng ánh sáng

Arduino được dùng trong nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả năng sáng tạocủa người sử dụng

2.3.3 Mã Nguồn Mở

Mã nguồn mở của Arduino bao gồm firmware cho các bo mạch Arduino khác nhau,cũng như các thư viện và công cụ phần mềm hỗ trợ để lập trình và phát triển ứng dụngtrên nền tảng Arduino

Do đó , phần cứng và phần mềm của Arduino đều là mã nguồn mở, Nên nó có thểlàm mã nguồn mở với các sơ đồ, public trực tuyến bằng cách mua linh kiện về làm.Cáchnày giúp tiết kiệm nhiều chi phí để sử dụng mã nguồn mở

để viết mã nguồn, biên dịch mã, và nạp chương trình vào các board Arduino được thựchiện dễ dàng hơn Arduino Software chạy trên Windows, Mac OS X và Linux

Hình 2-3 Arduino software 2.4.1.2 Tính năng của Arduino IDE

Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ thân thiện với các lập trình viên

Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino

Thư viện hỗ trợ phong phú

Giao diện đơn giản, dễ sử dụng

Hỗ trợ đa nền tảng như Windows, MacOS, Linux

2.4.2 Android Studio thiết kế phần mềm

2.4.2.1 Android Studio là gì?

Android Studio là môi trường tích hợp IDE để viết code và phát triển ứng dụngtrên nền tảng hệ điều hành Android, dành cho Google Android Development được ra mắtvào ngày 16 tháng 5 năm 2013, trong sự kiện I/O 2013 của Google Android Studio chứatất cả các công cụ để hỗ trợ việc phát hành ứng dụng Android như: thiết kế, kiểm tra, gỡlỗi và cấu hình ứng dụng Android Studio sử dụng Gradle để quản lý dự án của bạn

Hình 2-4 Android studio

Để phát triển ứng dụng đầu tiên của mình, bạn cần tải xuống Android Studio chonền tảng ưa thích (Windows, Mac OS X hoặc Linux) từ trang web dành cho nhà phát triểnAndroid Android Studio có thể hỗ trợ phát triển và thử nghiệm ứng dụng của bạn trênthiết bị thực hoặc trình giả lập

2.4.2.2 Các tính năng của Android Studio

Cung cấp công cụ nhanh nhất để tạo ứng dụng trên nền tảng Android

Trình giả lập, mô phỏng nhanh chóng với nhiều tính năng hữu ích

Tính năng Live Edit (Chỉnh sửa trực tiếp) để cập nhật các thành phần kết hợp trongtrình mô phỏng và thiết bị thực theo thời gian thực

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Mã mẫu và quá trình tích hợp GitHub để giúp bạn xây dựng các tính năng ứngdụng phổ biến cũng như nhập mã mẫu

Đa dạng khung và công cụ thử nghiệm

Tích hợp sẵn tính năng hỗ trợ Google Cloud Platform, giúp dễ dàng tích hợpGoogle Cloud Messaging và App Engin

2.4.3 Giới thiệu về Firebase

2.4.3.1 Firebase là gì ?

Firebaselà dịch vụ cơ sở dữ liệu hoạt động trên nền tảng đám mây – Cloud Kèmtheo đó là hệ thống máy chủ cực kỳ mạnh mẽ của Google Chức năng chính là , giúpngười dùng lập trình ứng dụng bằng cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu

Hình 2-5 Firebase được mua lại bởi Google

Không cần phải tự thiết kế, triển khai và quản lý server hay cơ sở dữ liệu , mà chỉcần sử dụng các API và SDK do Firebase cung cấp để kết nối với các dịch vụ Bằng cáchnày, có thể tiết kiệm thời gian, chi phí và công sức cho việc xây dựng backend

2.4.3.2 Tính năng chính của Firebase

Realtime Database: Cơ sở dữ liệu thời gian thực, lưu trữ dưới dạng JSON, đồng

bộ hóa với mọi kết nối, an toàn và nhanh chóng.Cho phép truy vấn dữ liệu đơn giản vàhiệu quả, không cần quan tâm đến thiết lập server hay viết code backend và có thể sửdụng để tạo ra các ứng dụng có tính tương tác cao như chat, game,

Firebase Hosting: Dịch vụ deploy trang web và web app chỉ bằng những thao tác

đơn giản, có tính an toàn cao, phù hợp cho việc hiển thị các trang như điều khoản dịch vụ,

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

chính sách bảo mật Cho phép deploy trang web của bạn lên một máy chủ ổn định vàbảo mật, với thời gian tải trang nhanh chóng và hỗ trợ SSL miễn phí

Firebase Cloud Messaging: Dịch vụ thông báo đám mây cho phép gửi thông báo

và tin nhắn đến người dùng trên nhiều nền tảng và thiết bị di động Android, iOS hoặcwebsite, hỗ trợ gửi thông báo ngay lập tức, thông báo lên tới hàng triệu thiết bị cùng mộtlúc và tích hợp tốt với các tính năng khác của Firebase như Authentication và CloudFunctions

Ngoài ra, còn có những tính năng khác như: Firebase Analytics, FirebaseAuthentication, Firebase Storage, Firebase Crashlytics, Tất cả các chức năng này đềuđược quản lý thông qua một giao diện đồ họa trực quan và dễ sử dụng, là FirebaseConsole

Hình 2-6 Ngôn ngữ C++

2.5.1.2 Đặc điểm của C++

Ngôn ngữ lập trinh bậc trung : C++ được sử dụng để phát triển những chương

trình bậc cao, và kể cả những chương trình bậc thấp hoạt động tốt trên phần cứng

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Lập trình hướng đối tượng ( Object-oriented programming): Hỗ trợ vô cùng hiệu

quả việc lập trình hướng đối tượng

Đơn giản và hiệu quả: Cú pháp C++ rất dễ hiểu và khá giống Tiếng Anh Ta thậm

chí có thể dùng C++ để thiết kế những ứng dụng dù trước đó đã được viết bằng hợpngữ ( Assembly language)

Hỗ trợ đa nền tảng: Được hỗ trợ trên bất kỳ các nền tảng, hệ điều hành nào Ta có

thể viết một chương trình C/C++ trên Linux, biên dịch nó trên Windows và chạy trên MacOS

2.5.1.3 Ứng dụng của ngôn ngữ C++

Được sử dụng để phát triển trò chơi Nó ghi đè lên sự phức tạp của game 3D, giúptối ưu hóa các nguồn tài nguyên, hỗ trợ tùy chọn cho nhiều người chơi với mạng Việc sửdụng C ++ cung cấp quyền kiểm soát phần cứng và cho phép lập trình thủ tục các chứcnăng chuyên sâu của CPU

C++ được sử dụng để phát triển ứng dụng mới, các ứng dụng này dựa trên giaodiện người dùng đồ họa và những ứng dụng được sử dụng nhiều chẳng hạn như AdobePhotoshop.Nhiều ứng dụng của hệ thống Adobe đều được phát triển bằng C ++ nhưAdobe Launcher, Illustrator, và Image Ready

Các trình biên dịch mà được sử dụng để biên dịch bằng các ngôn ngữ như C #,Java, v.v cũng được viết bằng C ++

2.5.1 Ngôn ngữ Java

2.5.1.1 Java là gì ?

Là ngôn ngữ lập trình đa nền tảng (cross-platform), được phát triển bởi JamesGosling tại Sun Microsystems (nay là Oracle Corporation) Ngôn ngữ lập trình này ra đờivào năm 1995 và được thiết kế để có thể chạy trên các nền tảng khác nhau, từ máy tính cánhân đến thiết bị di động, các máy chủ và thiết bị nhúng

Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Hình 2-7 Ngôn ngữ Java 2.5.1.2 Tính năng của Java

Đơn giản, dễ học và thực hành

Một code Java có thể vận hành trên mọi nền tảng

Độc lập với nền tảng nên có thể chạy code Java ở bất cứ máy nào mà không cần sự

hỗ trợ của phần mềm khác

Java có thể sử dụng để lập trình hướng đối tượng

Tự quản lý bộ nhớ mà vẫn hiệu quả

2.5.1.3 Ứng dụng của Java

Java là một ngôn ngữ lập trình trong việc xây dựng các ứng dụng web, với cácframework phổ biến nhất là Spring, Struts, Hibernate, Apache Hadoop và JSF Các trangweb lớn như LinkedIn, AliExpress, Amazon… đều sử dụng Java để lập trình

Java được sử dụng bởi Android Studio, là IDE chính thức để phát triển các ứngdụng Android

Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Phân tích – Thiết kế

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ

3.1 Các yều cầu chức năng [ Use case view]

3.1.1 Ngữ cảnh sử dụng

3.1.1.1 Danh sách actor

Bảng 3-1 Bảng danh sách Actor

và xem các thông số giá trị mô trường xung quanh của cây

3.1.1.2 Sơ đồ ngữ cảnh

Hình 3-1 Sơ đồ ngữ cảnh

Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Phân tích – Thiết kế

3.1.2 Các user case

3.1.2.1 Danh sách use case

Bảng 3-2 Danh sách các user case

trong môi trường văn phòng

đất

biến

3.1.2.2 Sơ đồ use case chính

Hình 3-2 Sơ đồ user case tổng quát

Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Phân tích – Thiết kế

3.2 Các yêu cầu phi chức năng

- Tốc độ :

+ Mạng Internet: Cần phải đảm bảo mạng Internet được hoạt động tốt để có thểduy trì các thiết bị cảm biến và hệ thống một cách ổn định và không bị gián đoạn

+ Gửi cảnh báo : Khi hệ thống phát hiện vấn đề hoặc có cây bị thiếu gì, cảnh báo

sẽ được gửi ngay lập tức đến cho người quản lý hay người dùng để xử lý

- Khả năng chịu tải:

+ Khả năng mở rộng người dùng : Hệ thống cần có thêm số lượng các thiết bị cảmbiến và sự gia tăng của người dùng(nhân viên văn phòng)

+ Khả năng lử Lý dữ liệu lớn :Hệ thống trung tâm cần xử lý một lượng lớn dữ liệu

từ các cảm biến và thiết bị mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hiệu suất hoạt động

- Khả năng chịu sai hỏng /Tấn công:

+ Khả năng chịu sai hỏng : Cần có khả năng chịu lỗi và cơ chế khắc phục ,dựphòng khi xảy ra các vấn đề về phần mềm và phần cứng ,tiếp tục hoạt động một cách ổnđịnh khi có lỗi phát sinh

+ Phát Hiện và Ngăn Chặn : Cần có các cơ chế để phát hiện và ngăn chặn các loạitấn công

Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Phân tích – Thiết kế

3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 3-3 Sơ đồ khối hệ thống

3.3.2 Mô tả chức năng và nhiệm vụ của hệ thống

Bảng 3-3 Chức năng và nhiệm vụ các khối

lý là nhận giá trị nhiệt độ, độ ẩm , cường độ

Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Phân tích – Thiết kế

ánh sáng từ các cảm biến , truyền dữ liệu tớingười sử dụng và nhận lệnh điều khiển trựctiếp từ người sử dụng, xử lý dữ liệu, tạo tínhiệu điều khiển tới Relay để điều khiển cácthiết bị

thống và các khối mạch khác để hoạt động.Yêucầu của khối nguồn là tính ổn định và giá trịđiện áp cung cấp phải phù hợp với các khốichức năng khác của bộ điều khiểnvà giúp tránhlàm quá tải nguồn khi cấp vào khối xử lý Sửdụng ở đây là nguồn điện 5 V để hoạt động

cảm biến, quyết định dựa trên dữ liệu thông tin

từ cảm biến, sau đó bật hoặc tắt các thiết bịchăm sóc cây cảnh như tưới nước, bật đèn dựatrên thông tin nhận được

sáng,cảm biến mực nước , cảm biến dht11 ,cảm biến độ ẩm đất, để truyền nhận tín hiệuđọc được với khối xử lí trung tâm để điềukhiển thiết bị ngõ ra

thông số giá trị như nhiệt độ, độ ẩm, mựcnước , độ ẩm đất từ cảm biến đến bộ xử lýtrung tâm

cảnh thông minh như đèn chiếu sáng, máybơm…

trực tiếp trên thiết bị qua app moblie

Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Phân tích – Thiết kế

3.3.3Thiết kế sơ đồ hệ thống thực tế

Hình 3-4 Sơ đồ mô hình hệ thống thực tế