Thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường cho trang trại nuôi gà sử dụng công nghệ lora

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 DANH MỤC BẢNG 4 DANH MỤC HÌNH: 6 MỞ ĐẦU 8 1.Đặt vấn đề 8 2.Tính cấp thiết của đề tài 9 3.Mục đích 9 4.Nội dung 9 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 10 1.1 Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống tự động đo các thông số môi trường trong trang trại chăn nuôi gà trong và ngoài nước 10 1.1.1 Nghiên cứu trong nước 10 1.1.2 Nghiên cứu ngoài nước 11 1.2 Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống tự động giám sát các thông số môi trường trong trang trại chăn nuôi gà trong và ngoài nước. 13 1.3. Nghiên cứu tổng quan về quy trình chăn nuôi gà trong các trang trại tự động 14 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1. Đối tượng nghiên cứu 14 2.1.1. Quá trình sinh trưởng, phát triển của gà 14 2.1.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới chăn nuôi gà theo các độ tuổi 15 2.2. Nội dung nghiên cứu 17 2.2.1. Môi trường tốt để gà sinh trưởng phát triển theo các thời kỳ 17 2.2.2. Yếu tố môi trường quan trọng tác động đến bệnh của gà trong quá trình chăn nuôi 20 2.2.3. Nghiên cứu về phần cứng điều khiển 22 2.2.4. Nghiên cứu về phần mềm 24 2.3. Phương pháp nghiên cứu phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thực tế. 29 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 29 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 30 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Sơ đồ tổng quan mô hình lắp đặt lora thử nghiệm 31 3.2. Thiết kế phần cứng cho hệ thống lora 31 3.2.1 Sơ đồ khối và chức năng từng khối 32 3.2.2. Lựa chọn linh kiện theo các khối: 33 3.2.2.1: Khối Cảm biến …33 3.2.2.2. Khối xử lý 36 3.2.2.3. Khối truyền thông: 38 3.2.2.4. Khối nguồn 41 3.2.3 Kết nối dữ liệu tới server 44 3.3. Thiết kế phần mềm. 44 3.3.1. Gateway 44 3.3.2. Node 1, Node 2, Node 3 45 3.3.3. Lưu đồ thuật toán 49 3.4. Thử nghiệm. 53 3.5. Thảo luận. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 62 PHỤ LỤC 1: Chương trình Arduino 62 PHỤ LỤC 2: Các node 123 67 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Chương trình chiếu sáng cho gà con và gà hậu bị (đối với gà đẻ hướng thịt Bảng 2.2: Chương trình chiếu sáng cho gà đẻ hướng thịt nuôi chuồng thông thoáng Bảng 2.3: Khuyến nghị mật độ nuôi và số lượng máng uốngăn trong giai đoạn gà từ 01 tuần tuổi, 25 tuần tuổi, 617 tuần tuổi Bảng 2.4: dữ liệu tham khảo về nhiệt độ và độ ẩm cho cơ sở nuôi theo các giai đoạn của gà. Bảng 3.1: Các lần thử và kết quả thực nghiệm DANH MỤC HÌNH: Hình 1.1: Hệ thống các phần được sử dụng trong thí nghiệm Hình 1.2: Sơ đồ thuật toán Hình 1.3: Sơ đồ từng mote trong trang trại gà Hình 2.1: Giao diện PlatformIO Hình 2.2: Mô hình IoT kết hợp Gateway Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.2 Sơ đồ khối của từng node và của gateway Hình 3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Hình 3.4 Cảm biến đo độ đục nước. Hình 3.5 Cảm biến ánh sáng Hình 3.6 Cảm biến độ ẩm đất Hình 3.7 Modulde Arduino Nano Hình 3.8 Kit ESP32 Hình 3.9 Arduino Nano Atmega328P. Hình 3.10 Lora Sx1278 Ra02 Hình 3.11 Anten Hình 3.12: Pin 18650 Hình 3.13: Nguyên lí hoạt động của mô hình Hình 3.14 Lorawan Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý Gateway Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý Node 1 Hình 3.17 Hình ảnh 3D node 1 Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý Node 2 Hình 3.19 Hình ảnh 3D node 2 Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý Node 3 Hình 3.21 Hình ảnh 3D node 3 Hình 3.22 Lưu đồ thuật toán tổng quan của hệ thống Hình 3.23 Lưu đồ thuật toán ESP32 kết nối tới Blynk Hình 3.24 Lưu đồ thuật toán ESP32 xử lí dữ liệu Hình 3.25 Lưu đồ thuật toán nút cảm biến Hình 3.26 Hình ảnh thực tế lắp đặt node 1 Hình 3.27 Hình ảnh thực tế lắp đặt node 2 Hình 3.28 Hình ảnh thực tế lắp đặt node 3 Hình 3.29 Hình ảnh thực tế lắp đặt gateway Hình 3.30 Khoảng cách truyền nhận thực tế trên Google Map giữa node 1 tới node 2 Hình 3.31 Khoảng cách truyền nhận thực tế trên Google Map giữa node 2 tới node 3 Hình 3.32 Khoảng cách truyền nhận thực tế trên Google Map giữa node 3 tới gateway Hình 3.33 Khoảng cách ổn định trong khu dân cư Hình 3.34 Số liệu thực tế nhận từ blynk của node 1 và 2 Hình 3.35 Số liệu thực tế nhận từ blynk của node 3 Hình 3.36 Số liệu tổng quát trên blynk MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề Ngày nay phát triển ngành nông nghiệp đang là một hướng đi mang lại nguồn lợi kinh tế cho nước nhà. Nhưng nếu áp dụng phương pháp nông nghiệp truyền thống có lẽ hiệu quả trồng trọt cũng như hiệu quả kinh tế sẽ rất thấp. Chính vì vậy áp dụng công nghệ kỹ thuật vào nông nghiệp là một hướng đi thông minh nhằm kế thừa cũng như phát huy những công nghệ kỹ thuật mà ngành khoa học ngày nay đã tìm ra. IoT (Internet of Things) là sự kết nối tất cả các thiết bị với nhau, có khả năng trao đổi thông tin, cung cấp dữ liệu với con người mà không cần phải tương tác trực tiếp. Con người có thể kết nối với tất cả các thiết bị tới mạng Internet thông qua mạng nội bộ. Trong những năm gần đây, IoT đang phát triển nhanh đến chóng mặt toán. Con người đang biến tất cả các thiết bị trong đời sống hàng ngày như phương tiện đi lại, thiết bị sản xuất, dụng cụ trong nhà…đề có thể điều khiển, kiểm soát, thu thập dữ liệu chỉ bằng laptop hay điện thoại thông minh. IoT chính là hướng đi thông minh, do đó việc ứng dụng nông nghiệp thông minh và đưa các công nghệ tiên tiến vào sản xuất nông nghiệp là một trong những giải pháp cấp bách để đảm bảo an ninh lương thực và chất lượng nông sản phục vụ toàn cầu trong bối cảnh tình trạng xung đột và bất ổn, dịch bệnh và biến đổi khí hậu đang diễn biến ngày càng phức tạp, khó lường. Hệ thống sẽ giúp chúng ta giảm bớt áp lực về tìm kiếm nguồn nhân công, không vì thế mà giảm chất lượng về việc giám sát thực trạng, các nhân tố ảnh hưởng cây trồng, ngược lại thông qua hệ thống cảm biến sẽ cung cấp cho chúng ta một cách đầy đủ và chính xác về các yếu tố ấy như độ ẩm đất, độ ẩm môi trường, nhiệt độ môi trường, độ đục nước… Tuy nhiên, đòi hỏi về công suất thấp và khoảng cách xa cho các thiết bị IoT không hề đơn giản, các thiết bị hiện nay dùng Bluetooth hay Wifi đều là 2 những công nghệ với công suất thấp nhưng khoảng cách ngắn. Để đáp ứng được công suất thấp và khoảng cách xa, LoRa là một giải pháp tốt nhất tại thời điểm hiện nay. Được sự gợi ý từ giáo viên hướng dẫn, cũng như muốn nghiên cứu ứng dụng của IoT vào ngành nông nghiệp nhằm có thể tạo ra một hệ thống có giá thành hợp lý, hiệu quả quan trọng hơn là có thể mang vào áp dụng cho nông nghiệp nước nhà, chính vì thế em quyết định nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống đo và giám sát các thông số môi trường cho trang trại nuôi gà sử dụng công nghệ lora”.

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN

LỜI CAM ĐOAN

Em cam đoan Đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản thân

em dưới sự hướng dẫn của ThS.Nguyễn Văn Điều Các kết quả đưa ra trong Đồ

án tốt nghiệp là do bản thân thực hiện và không sao chép từ bất kỳ công trìnhnào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Người thực hiện đề tài

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS.Nguyễn Văn Điều, khoa Cơ –Điện, bộ môn Tự Động Hóa, trường Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Trongsuốt thời gian thực hiện đề tài này, cùng với sự hướng dẫn và những lời góp ýcủa thầy về nội dung và phương pháp nghiên cứu, những lời nhận xét và chia sẻkinh nghiệm thực tế đã giúp cho em có điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt đồ

án tốt nghiệp này

Bên cạnh đó em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ – Điện trường HọcViện Nông Nghiệp Việt Nam đã giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thứccần thiết để em có tiền đề để hoàn thành đồ án tốt nghiệp và đúng thời hạn

Em cũng xin gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn trong lớp K58TDHB đãchia sẻ, trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gianthực hiện đề tài

Do thời gian nghiên cứu có hạn và lượng kiến thức chuyên môn của bảnthân em còn nhiều hạn chế nên đồ án có thể còn nhiều điều thiếu sót, mong cácthầy cô góp ý để em có thể bố sung và có được nhiều kiến thức hơn

Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Người thực hiện đề tài

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH: 6

MỞ ĐẦU 8

1.Đặt vấn đề 8

2.Tính cấp thiết của đề tài 9

3.Mục đích 9

4.Nội dung 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

1.1 Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống tự động đo các thông số môi trường trong trang trại chăn nuôi gà trong và ngoài nước 10

1.1.1 Nghiên cứu trong nước 10

1.1.2 Nghiên cứu ngoài nước 11

1.2 Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống tự động giám sát các thông số môi trường trong trang trại chăn nuôi gà trong và ngoài nước 13

1.3 Nghiên cứu tổng quan về quy trình chăn nuôi gà trong các trang trại tự động 14

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Đối tượng nghiên cứu 14

2.1.1 Quá trình sinh trưởng, phát triển của gà 14

2.1.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới chăn nuôi gà theo các độ tuổi 15

2.2 Nội dung nghiên cứu 17

2.2.1 Môi trường tốt để gà sinh trưởng phát triển theo các thời kỳ 17

2.2.2 Yếu tố môi trường quan trọng tác động đến bệnh của gà trong quá trình chăn nuôi 20

2.2.3 Nghiên cứu về phần cứng điều khiển 22

2.2.4 Nghiên cứu về phần mềm 24

2.3 Phương pháp nghiên cứu phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thực tế 29

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 29

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Sơ đồ tổng quan mô hình lắp đặt lora thử nghiệm 31

3.2 Thiết kế phần cứng cho hệ thống lora 31

3.2.1 Sơ đồ khối và chức năng từng khối 32

3.2.2 Lựa chọn linh kiện theo các khối: 33

3.2.2.1: Khối Cảm biến …33

3.2.2.2 Khối xử lý 36

3.2.2.3 Khối truyền thông: 38

3.2.2.4 Khối nguồn 41

3.2.3 Kết nối dữ liệu tới server 44

3.3 Thiết kế phần mềm 44

3.3.1 Gateway 44

3.3.2 Node 1, Node 2, Node 3 45

3.3.3 Lưu đồ thuật toán 49

3.4 Thử nghiệm 53

3.5 Thảo luận 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 62

PHỤ LỤC 1: Chương trình Arduino 62

PHỤ LỤC 2: Các node 1-2-3 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Chương trình chiếu sáng cho gà con và gà hậu bị (đối với gà đẻ hướngthịt

Bảng 2.2: Chương trình chiếu sáng cho gà đẻ hướng thịt nuôi chuồng thôngthoáng

Bảng 2.3: Khuyến nghị mật độ nuôi và số lượng máng uống/ăn trong giai đoạn

gà từ 0-1 tuần tuổi, 2-5 tuần tuổi, 6-17 tuần tuổi

Bảng 2.4: dữ liệu tham khảo về nhiệt độ và độ ẩm cho cơ sở nuôi theo các giaiđoạn của gà

Bảng 3.1: Các lần thử và kết quả thực nghiệm

DANH MỤC HÌNH:

Hình 1.1: Hệ thống các phần được sử dụng trong thí nghiệm

Hình 1.2: Sơ đồ thuật toán

Hình 1.3: Sơ đồ từng mote trong trang trại gà

Hình 2.1: Giao diện PlatformIO

Hình 2.2: Mô hình IoT kết hợp Gateway Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.2 Sơ đồ khối của từng node và của gateway

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý Gateway

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý Node 1

Hình 3.17 Hình ảnh 3D node 1

Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý Node 2

Hình 3.19 Hình ảnh 3D node 2

Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý Node 3

Hình 3.21 Hình ảnh 3D node 3

Hình 3.22 Lưu đồ thuật toán tổng quan của hệ thống

Hình 3.23 Lưu đồ thuật toán ESP32 kết nối tới Blynk

Hình 3.24 Lưu đồ thuật toán ESP32 xử lí dữ liệu

Hình 3.25 Lưu đồ thuật toán nút cảm biến

Hình 3.33 Khoảng cách ổn định trong khu dân cư

Hình 3.34 Số liệu thực tế nhận từ blynk của node 1 và 2

Hình 3.35 Số liệu thực tế nhận từ blynk của node 3

Hình 3.36 Số liệu tổng quát trên blynk

MỞ ĐẦU

1.Đặt vấn đề

Ngày nay phát triển ngành nông nghiệp đang là một hướng đi mang lạinguồn lợi kinh tế cho nước nhà Nhưng nếu áp dụng phương pháp nông nghiệptruyền thống có lẽ hiệu quả trồng trọt cũng như hiệu quả kinh tế sẽ rất thấp.Chính vì vậy áp dụng công nghệ kỹ thuật vào nông nghiệp là một hướng đithông minh nhằm kế thừa cũng như phát huy những công nghệ kỹ thuật màngành khoa học ngày nay đã tìm ra

IoT (Internet of Things) là sự kết nối tất cả các thiết bị với nhau, có khảnăng trao đổi thông tin, cung cấp dữ liệu với con người mà không cần phảitương tác trực tiếp Con người có thể kết nối với tất cả các thiết bị tới mạngInternet thông qua mạng nội bộ

Trong những năm gần đây, IoT đang phát triển nhanh đến chóng mặttoán Con người đang biến tất cả các thiết bị trong đời sống hàng ngày nhưphương tiện đi lại, thiết bị sản xuất, dụng cụ trong nhà…đề có thể điều khiển,kiểm soát, thu thập dữ liệu chỉ bằng laptop hay điện thoại thông minh

IoT chính là hướng đi thông minh, do đó việc ứng dụng nông nghiệpthông minh và đưa các công nghệ tiên tiến vào sản xuất nông nghiệp là mộttrong những giải pháp cấp bách để đảm bảo an ninh lương thực và chất lượngnông sản phục vụ toàn cầu trong bối cảnh tình trạng xung đột và bất ổn, dịchbệnh và biến đổi khí hậu đang diễn biến ngày càng phức tạp, khó lường Hệthống sẽ giúp chúng ta giảm bớt áp lực về tìm kiếm nguồn nhân công, không vìthế mà giảm chất lượng về việc giám sát thực trạng, các nhân tố ảnh hưởng câytrồng, ngược lại thông qua hệ thống cảm biến sẽ cung cấp cho chúng ta mộtcách đầy đủ và chính xác về các yếu tố ấy như độ ẩm đất, độ ẩm môi trường,nhiệt độ môi trường, độ đục nước…

Tuy nhiên, đòi hỏi về công suất thấp và khoảng cách xa cho các thiết bịIoT không hề đơn giản, các thiết bị hiện nay dùng Bluetooth hay Wifi đều là 2những công nghệ với công suất thấp nhưng khoảng cách ngắn Để đáp ứngđược công suất thấp và khoảng cách xa, LoRa là một giải pháp tốt nhất tại thờiđiểm hiện nay

Được sự gợi ý từ giáo viên hướng dẫn, cũng như muốn nghiên cứu ứngdụng của IoT vào ngành nông nghiệp nhằm có thể tạo ra một hệ thống có giáthành hợp lý, hiệu quả quan trọng hơn là có thể mang vào áp dụng cho nông

nghiệp nước nhà, chính vì thế em quyết định nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệthống đo và giám sát các thông số môi trường cho trang trại nuôi gà sử dụngcông nghệ lora”

2.Tính cấp thiết của đề tài

Ngành chăn nuôi là một ngành truyền thống của nước ta thế nhưngkhông phát triển một cách mạnh mẽ bởi vì với lối chăn nuôi truyền thống,chúng ta còn gặp phải rất nhiều hạn chế, hiệu quả không cao Việc áp dụngcông nghệ, kỹ thuật mới sẽ là một hướng đi mới mang lại làn gió mới chongành chăn nuôi nước nhà

Việc ứng dụng IoT vào chăn nuôi sẽ mang lại rất nhiều thuận lợi chongười nông dân, quan trọng hơn là nâng cao hiệu quả chăm sóc con vât, cũngnhư nâng cao hiệu quả kinh tế Như chúng ta đều biết khí hậu ngày càng trởnên khắc nghiệt, thế nên việc con người tự theo dõi thời tiết và can thiệp, chămsóc gia súc, gia cầm sao cho kịp với sự thay đổi của khí hậu, quả thật tốn rấtnhiều thời gian công sức, hiệu quả lại không cao Thế nhưng với sự can thiệpcủa máy móc, hệ thống cảm biến, sẽ giúp người nông dân giám sát một cáchchính xác hiệu quả nhất Ngày nay, IoT được ứng dụng vào chăn nuôi ở hầuhết các giai đoạn từ quá trình chăm sóc đến đầu ra như chế biến, đóng gói, vậnchuyển đến tay người tiêu dùng

Nhận thấy sự thuận lợi cũng như tính ứng dụng cao của IoT trong ngànhchăn nuôi, em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống đo và giám sát cácthông số môi trường cho trang trại nuôi gà sử dụng công nghệ lora” Hệ thốngnày cho phép các thông tin từ cảm biến sẽ được thu thập và truyền qua LoRa.Qua đó chúng ta có thể biết được các thông số môi trường để có thể giúp gà nóiriêng và gia súc, gia cầm nói chung phát triển một cách tốt nhất

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU.

1.1 Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống tự động đo các thông số môi trường trong trang trại chăn nuôi gà trong và ngoài nước

1.1.1 Nghiên cứu trong nước

* Giải pháp chăn nuôi gà tự động Nextfarm

Giải pháp được đề xuất dựa trên sản phẩm và công nghệ của Việt Nam vàcông nghệ mới 4.0 của Viettel Công trình – đơn vị cung cấp giải pháp doanhnghiệp tại Việt Nam kết hợp cùng Hệ sinh thái Nông nghiệp thông minhNextfarm và hệ thống của Viettel

Các tính năng của hệ thống:

+ Hệ thống cho ăn tự động: Hệ thống tự động vận hành cho ăn theo địnhlượng với các chu trình cho ăn được cài đặt trong máy, từ đó có thể quản lý toàn

bộ quy trình sản xuất, dễ dàng cài đặt với từng giai đoạn của vật nuôi

+ Hệ thống quạt gió làm mát: hệ thống quạt gió làm mát sẽ giúp chuồngtrại tuy kín đáo mà vẫn đảm bảo thoáng mát cho gà phát triển

+ Hệ thống đèn chiếu sáng, đèn sưởi: cung cấp ánh sáng và điều chỉnhnhiệt độ phù hợp cho gà theo từng giai đoạn phát triển nhằm giúp gà tăng trưởngtốt nhất

Nguyên lý hoạt động của hệ thống chăn nuôi gà tự động

Hệ thống thu thập dữ liệu cảm biến và điều khiển các thiết bị như hệthống quạt thông gió, động cơ kéo tải, hệ thống đèn sưởi… dựa vào việc đưa raquyết định được xác thực từ hệ thống Ví dụ khi nhiệt độ trong phòng lớn hơncài đặt hệ thống quạt thông gió, phun sương làm mát hoạt động để giảm nhiệt độphù hợp với vật nuôi

Hệ thống cảm biến nhiệt độ trong trại gà sẽ tự động điều chỉnh tốc độquay hoặc số lượng quạt hút gió hoạt động, đảm bảo cho nhiệt độ, độ ẩm không

khí của chuồng gà luôn ổn định ở ngưỡng phù hợp với trường giai đoạn pháttriển của gà nhằm tạo môi trường sống thuận lợi để gà phát triển đồng đều

Hệ thống IoT – công nghệ 4.0 toàn bộ khi chạy đa nền tảng: máy tính,điện thoại và màn hình cảm ứng HMI, nếu tích hợp phần mềm quản lý tổng thểNextfarm ERP có thể chụp ảnh tại chuồng trại, số hóa toàn bộ quy trình sảnxuất, điều khiển đầu ra và thu thập dữ liệu cảm biến

[1]

1.1.2 Nghiên cứu ngoài nước

* Trang trại gia cầm thông minh dựa trên giám sát môi trường thời gianthực

Hệ thống sử dụng Internet of Things của đại học Naresuan, Thái LanMột cách tiếp cận rất có hệ thống đã được xem xét cho thiết kế tổng thểcủa dự án, trong đó 4 thông số đã được giám sát bao gồm: cảm biến nhiệt độ, độ

ẩm, NH3 và ánh sáng được sử dụng để theo dõi chuồng gà và dữ liệu đo đạc đãđược ghi vào thẻ SDcard dựa trên bộ ghi dữ liệu Arduino

Hình 1.1: Hệ thống các phần được sử dụng trong thí nghiệm

Hình 1.2 Sơ đồ thuật toán

Họ đã thực hiện các thử nghiệm của mình trong nghiên cứu của Bộ Khoahọc Nông nghiệp trang trại gia cầm ở Đại học Naresuan, Phitsanulok, Thái Lan.Quy mô của trang trại là 4 x 20 mét Trang trại gia cầm chủ yếu được chia thành

ba khu vực để kiểm tra hệ thống và mỗi khu vực được giám sát bởi ba mote: 1 ởphía bên trái phía trước khu hệ thống làm mát bay hơi, 2 ở khu giữa của trangtrại và 3 ở bên phải của trang trại phía trước khu quạt gió, nơi cung cấp giống gàthịt Tùy thuộc vào dân số và sự phân bố số lượng gà, mỗi vùng có môi trườngriêng biệt (Mohsin và cộng sự, 2009) [2]

Hình 1.3: Sơ đồ từng mote trong trang trại nuôi gà.

1.2 Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống tự động giám sát các thông số môi trường trong trang trại chăn nuôi gà trong và ngoài nước.

* Hệ thống giám sát của công ty ASTCADA

Hệ thống giám sát trang trại chăn nuôi ra đời xuất phát từ nhu cầu từ cácchủ trang trại muốn kiểm soát nhiệt độ và không khí chuồng trại Dựa trênnhững dữ liệu thu thập từ môi trường chăn nuôi thực tế tại trang trại

HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔI VÀ LỢI ÍCHMANG LẠI

Kiểm soát môi trường chuồng trại tốt nhất cho gia súc, gia cầm Dựa trênthông số đo chính xác, trực tuyến 24/24h

Hạn chế rủi ro ở mức thấp nhất từ tác động của môi trường: nhiệt độ, độ

ẩm quá thấp hoặc quá cao, kiểm soát tốc độ gió, khí độc trong chuồng trại mộtcách chính xác

Tích hợp hệ thống điều khiển tự động: quạt đèn, hệ thống cooling, hệthống phun sương, tiết kiệm chi phí nhân công vận hành

Lưu trữ cơ sở dữ liệu môi trường, có thể phân tích lại để xây dựng kếhoạch cho các đợt sau

TÍNH NĂNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔICác tính năng của hệ thống:

+ Thu thập dữ liệu thực tế.

+ Cho phép cài đặt nhiều ngưỡng nhiệt độ Khi nhiệt độ vượt ngưỡng sẽkích hoạt động cơ bật/tắt quạt, đèn sưởi

+ Cho phép cài đặt tần số của quạt

+ Thao tác điều khiển hệ thống trực tiếp trên phần mềm

+ Lưu trữ dữ liệu

+ Vẽ đồ thị

+ Xuất báo cáo

+ Cảnh báo sự cố tại chỗ bằng đèn còi cảnh báo Hoặc gửi cảnh báo quaEmail, SMS [3]

1.3 Nghiên cứu tổng quan về quy trình chăn nuôi gà trong các trang trại

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU.

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Quá trình sinh trưởng, phát triển của gà

Quãng thời gian Giai đoạn của gà

1 tuần tuổi – 4 tuần tuổi Gà con

5 tuần tuổi – 15 tuần tuổi Gà Choai

16 tuần tuổi – 17 tuần tuổi Gà đẻ

2.1.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới chăn nuôi gà theo các độ tuổi

* Nhiệt độ trong quá trình chăn nuôi gà

- Gia cầm từ khi nở đến 8 tuần tuổi khả năng điều tiết nhiệt kém nên cầncung cấp mức nhiệt lượng lớn

- Nếu ẩm độ quá cao → bài tiết nhiệt khó khăn

- Ẩm độ quá thấp → hanh khô, chuồng dễ bụi, gà dễ mắc bệnh đường hôhấp

- Ẩm độ thích hợp: 60-70%

Lưu ý: khi điều chỉnh ẩm độ nên lợi dụng hết độ thông thoáng tự nhiên,hạn chế lượng nước uống rơi vãi Sử dụng đệm lót xốp, khô, hút ẩm cao để tránh

ẩm độ tăng cao cục bộ Chăn nuôi gà đúng mật độ

* Độ sạch không khí trong quá trình chăn nuôi gà

Độ sạch của không khí chuồng chăn nuôi gà được đánh giá thông quanồng độ của các khí chính như sau:

- Nồng độ O2 tiêu chuẩn: 21%

- Nồng độ NH3 cho phép: ≤ 0,01% Khi chuồng nuôi xuất hiện khí độc –

NH3 (trong phân gà) tăng lên → nồng độ O2 giảm

- Nồng độ CO cho phép: ≤ 0,05% CO sinh ra khi dùng trục sưởi bằngthan củi, bếp dầu, đèn dầu

- Nồng độ CO2 (sinh ra trong quá trình trao đổi chất) cho phép: ≤ 0,03%

* Ánh sáng, chương trình chiếu sáng

Gà rất nhạy cảm với ánh sáng nên ánh sáng ảnh hưởng rất lớn tới sự pháttriển của chúng Tuy nhiên, tùy thuộc vào từng độ tuổi, loại gà, giống gà và độthông thoáng chuồng nuôi khác nhau mà người chăn nuôi gà có chương trìnhchiếu sáng khác nhau cho phù hợp

Lưu ý:

- Gà hậu bị sau 14 ngày tuổi không được tăng quá 10h chiếu sáng/ngày.Còn gà đẻ hàng tuần phải tăng giờ chiếu sáng đạt tiêu chuẩn tối đa 16h/ngày, cónhư vậy mới kích thích thành thục nhanh và đẻ trứng tốt

- Nếu chăn nuôi gà ở môi trường thông thoáng tự nhiên, vào các buổi sángmùa nóng cần cho ánh sáng mặt trời soi rọi vào chuồng để diệt khuẩn, làm khôchất độn và đảm bảo thông khí

- Ánh sáng phải được phân bố đều trong chuồng với các đèn chiếu cùngloại công suất để tránh cho gà con thích tụm lại nơi có ánh sáng mạnh hơn

- Các thiết bị chiếu sáng trong chuồng chăn nuôi gà phải được lau chùi sạchbụi thường xuyên, nếu đèn bị bụi bám thì cường độ chiếu sáng sẽ bị giảm 50-60%

Bảng 2.1: Chương trình chiếu sáng cho gà con và gà hậu bị (đối với gà đẻ

hướng thịt)

Bảng 2.2: Chương trình chiếu sáng cho gà đẻ hướng thịt nuôi chuồng

thông thoáng

[5]

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.1 Môi trường tốt để gà sinh trưởng phát triển theo các thời kỳ

* Chuồng trại

Mật độ nuôi và không gian chuồng nuôi (như ổ đẻ, máng uống, máng ăn,khu vực đào bới kiếm ăn, hay sào đậu) cần phải đúng tiêu chuẩn để đảm bảo

những nhu cầu của gà con, gà dò và gà hậu bị Khi trang trại có mật độ nuôi caothì cần chú ý đến số lượng và chất lượng của các vật liệu cho gà đào bới kiếm ăngiúp gà thể hiện hành vi bản năng tự nhiên và làm giảm hành vi mổ lông lẫn nhau.

Trong trường hợp nuôi với mật độ cao, cơ sở sản xuất cần chú ý đếnnhững chỉ số về phúc lợi động vật đặc biệt là vấn đề mổ long lẫn nhau Mật độnuôi cao là một trong những yếu tố nguy cơ về phúc lợi động vật

Quy định về không gian chuông nuôi (những cơ sở vật chất bên trongchuồng nuôi) phụ thuộc vào độ tuổi, giới tính, cân nặng, gen, tình trạng sứckhoẻ, nhu cầu cho từng hành vi tập tính tư nhiên, và tổng đàn Mật độ nuôi cầnđược đảm bảo không dẫn tới những rối loạn hành vi hoặc gây thương tích chođàn gà Mỗi con gà cần được thể hiện hành vi bản năng của mình bao gồm ăn,uống, vỗ cánh, tắm bụi, tìm thức ăn, nghỉ ngơi, bay/đậu nghỉ ngơi trên sào

Bảng 2.3: Khuyến nghị mật độ nuôi và số lượng máng uống/ăn trong giai đoạn gà từ 0-1 tuần tuổi, 2-5 tuần tuổi, 6-17 tuần tuổi

*Không khí nhiệt độ, và độ ẩm

Sau khi ấp, gà con cần được nuôi úm ở nhiệt độ thích hợp Lưu ý rằng, gàcon được ấp từ trứng gà bố mẹ (ví dụ dưới 30 tuần tuổi), khi mới nở, cần úm ởnhiệt độ lớn hơn 10oC so với gà khác Gà con vài ngày tuổi cần được cân để xácđịnh có nhẹ hay nặng cân hơn so với tiêu chuẩn Độ ẩm thích hợp vào khoảng từ55-65% trong những ngày đầu và có thể tăng lên 75% vào giai đoạn cuối Đểkiểm tra nhiệt độ tại chuồng úm, cần kiểm tra nhiệt độ của gà con ở những điểmkhác nhau trong chuồng bằng cách dùng nhiệt kế đo ở tai của chúng Nhiệt độthông thường là vào khoảng 40-41oC Khi nhiệt độ cơ thể của gà xuống quá thấphoặc lên quá cao, nên điều chỉnh lại nhiệt độ trong chuồng nuôi cho thích hợp

Khi tăng nhiệt độ trong trại, cần chú ý đến nhiệt độ của nền chuồng Nhiệt

độ của nền chuồng nên vào khoảng 20oC trước khi bổ sung chất độn chuồngnhằm tránh chất độn bị vón cục, dẫn đến chất độn bị ẩm, đồng thời không để gà

bị nhiễm lạnh Chuồng úm phải bật chế độ sưởi ở nhiệt độ 29-30oC trước khixuống gà)

Bảng 2.4: dữ liệu tham khảo về nhiệt độ và độ ẩm cho cơ sở nuôi theo các

giai đoạn của gà

2.2.2 Yếu tố môi trường quan trọng tác động đến bệnh của gà trong quá trình chăn nuôi

và 2 giờ trong môi trường tối là được khuyến cáo Sau tuần đầu tiên, thời gianchiếu sáng nên giảm từ 20 giờ xuống còn 10 giờ một ngày lúc gà được 7tuầntuổi Cường độ ánh sáng tại nền chuồng là từ 20-40 lux Nên sử dụng kiểu đènLED có thể tăng giảm cường độ sáng và / hoặc là ánh sáng huỳnh quang tầnsuất cao với ánh sáng trắng ấm (từ 3000 đến 3500K) Nên thiết kế chuồng nuôi

có hành lang với mái hiên và không có ánh sáng tự nhiên trong quá trình úm.Ánh sáng trong chuồng nuôi phải được phân bố đều, hoặc thay đổi ánh sáng mộtcách từ từ ở những khu vực khác nhau trong chuồng nuôi để tránh tình trạng gàdồn ứ lại một chỗ làm chất độn chuồng bị ướt

Vào ban ngày, ánh sáng nên được điều chỉnh từ từ trong vòng 10 phút.Vào buổi tối, giảm ánh sáng từ từ trong vòng từ 15 đến 30 phút, tùy vào từng hệthống nuôi Không nên giảm ánh sáng một cách đột ngột Ở hệ thống chuồngnuôi nhiều tầng aviary, tắt đèn ở khu vực có chất độn chuồng trước sau đó tắtđèn ở các tầng (tắt từ từ nền chuồng) Gà sẽ quen với việc di chuyển trong bóngtối khi ánh sáng được giảm theo cách này Bóng đèn có thể lắp trên sào đậudạng chữ A hoặc phía các tầng trên của hệ thống chuồng nhiều tầng aviary

Một ví dụ về lịch tắt đèn khi gà trong giai đoạn gà con, hậu bị cần dichuyển từ nền chuồng (khu vực đào bới, kiếm ăn) lên chuồng để nghỉ ngơi nhưsau:

Giai đoạn 0 – 9 tuần tuổi: Giảm ánh sáng trong vòng 20 phút:

đẻ trứng có thể chịu được nhiệt độ tối đa là 26oC Nếu cao hơn nhiệt độ này, gà

sẽ bị căng thẳng nhiệt và sẽ gây ra vấn đề nghiêm trọng Biên độ nhiệt (dao độnggiữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất) nên điều chỉnh ở mức từ 5-6oC Sự thay đổinhiệt độ quá lớn gây căng thẳng cho gà mái đẻ

Với hệ thống chuồng kín, hệ thống thông gió phải đảm bảo cung cấplượng không khí trong lành và loại bỏ những luồng không khí có mùi và khí độchại (nồng độ khí CO2 <3,000 ppm và lượng NH3 <10-20ppm) Với tốc độ thônggió (tối đa là 3m/s) phù hợp, nhiệt độ chuồng nuôi có thể được làm giảm, gọi làhiệu ứng làm mát bằng gió (wind-chilled) Do chuồng gà thường có dạng dài vàhẹp, hệ thống thông gió tạo hiệu ứng đường hầm với quạt hút công suất lớn

được lắp ở cuối dãy chuồng, khí bên ngoài trời được hút vào và di chuyển dọcchuồng và thoát ra ngoài tại vị trí các quạt hút Cách này khiến một lượng lớnkhí lưu thông dọc suốt chuồng gà Tốc độ thông gió tối thiểu cho gà mái đẻ là0.7m3/giờ/kg trọng lượng sống và tối đa là 4m3/kg trọng lượng sống Hệ thốnglàm mát bằng bốc hơi (sử dụng tấm có tính thấm nước, nước khi bố chơi sẽmang theo nhiệt nóng và làm mát không khí đi qua) Làm mát bằng hệ thốngtấm bố chơi có thể bị hạn chế nếu không khí môi trường quá ẩm.

Cần phải kiểm tra xem có khói trong đường ống dẫn khí hay không đểđảm bảo rằng gà mái đẻ không gặp phải những luồng khí lạnh khi đậu trên sàovào buổi đêm Cần đảm bảo rằng đường ống dẫn khí không chiếu thẳng vào ổ đẻgây khó chịu cho gà [6]

2.2.3 Nghiên cứu về phần cứng điều khiển

* Nghiên cứu về LoRa

LoRa là thuật ngữ viết tắt của cụm từ Long Range LoRa là công nghệgiao tiếp ở khoảng cách xa Đây là công nghệ được phát triển bởi Cycleo vàđược mua lại bởi công ty Semtech Trong công nghệ này, dữ liệu có thể đượctruyền bởi khoảng cách lên đến hàng kilomet (km) mà không cần sử dụng đến

bộ khuếch đại Vì thế, công nghệ này giúp tiết kiệm năng lượng rất nhiều khitruyền data

LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum Có thểhiểu nôm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo

ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped),sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hóa theo các chuỗi 16 chirpsignal(là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian, có 2 loại chirpsignal là up-chirp có tần số tăng theo thời gian và down-chip có tần số giảm theo

thời gian, và việc mã hóa theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit – sẽ

sử dụng down-chirp) trước khi truyền ra anten để gửi đi

Theo Semtech công bố thì nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độchính xác cần thiết của mạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại giữ liệu, hơnnữa LoRa không cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệuLoRa có thể được nhận ở khoảng cách xa ngay cả độ mạnh tín hiệu thấp hơn cảnhiễu môi trường xung quanh

Trên thực tế, ứng dụng công nghệ LoRa chúng ta dễ dàng bắt gặp trongsensor network Đây là những cảm biến sử dụng trong hệ sinh thái IoT Các cảmbiến sẽ được đặt rải rác khắp nơi để thu thập dữ liệu Sau đó sẽ truyền dữ liệu vềthiết bị xử lý tập trung qua Wireless Pin sử dụng cho Sensor network có thể sửdụng liên tục trong 5 năm mới cần thay pin mới

Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vựckhác nhau trên thế giới:

- 430MHz cho Châu Á

- 780MHz cho Trung Quốc

- 433MHz hoặc 866MHz cho Châu Âu

- 915MHz cho USA

Nhờ sử dụng chirp signal mà các tín hiệu LoRa với các chirp rate khácnhau có thể hoạt động trong cùng 1 khu vực mà không gây nhiễu cho nhau Điềunày cho phép nhiều thiết bị LoRa có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồngthời LoRa không thích hợp cho các dự án yêu cầu truyền nhận dữ liệu tốc độ vàtần suất cao [7]

* Chip ATmega328 là vi điều khiển trong board mạch ArduinoATmega328 có tên đầy đủ là ATmega328P-PU ATmega328 là linh hồncủa board mạch Arduino, sức mạnh phần cứng mà Arduino Uno có được là từđây

Bootloader Arduino cho phép bạn gửi mã chương trình cho ATmega328thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM) mà không yêu cầu bạn phải có 1

bộ nạp ROM đặc biệt nào cả

Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328P-PU như sau:

+ Kiến trúc: AVR 8bit

+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit

+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh) [8]

2.2.4 Nghiên cứu về phần mềm

* Phần mềm thiết kế giao diện Visual Studio Code

Visual Studio Code (VS Code hay VSC) là một trong những trình soạnthảo mã nguồn phổ biến nhất được sử dụng bởi các lập trình viên Nhanh, nhẹ,

hỗ trợ đa nền tảng, nhiều tính năng và là mã nguồn mở chính là những ưu điểmvượt trội khiến VS Code ngày càng được ứng dụng rộng rãi

+ Visual Studio Code là gì?

Là một trình biên tập lập trình code miễn phí dành cho Windows, Linux vàmacOS, Visual Studio Code được phát triển bởi Microsoft Nó được xem là một

sự kết hợp hoàn hảo giữa IDE và Code Editor

Visual Studio Code hỗ trợ chức năng debug, đi kèm với Git, có syntaxhighlighting, tự hoàn thành mã thông minh, snippets, và cải tiến mã nguồn Nhờtính năng tùy chỉnh, Visual Studio Code cũng cho phép người dùng thay đổi

+ Một số tính năng của Visual Studio

 Cung cấp kho tiện ích mở rộng

Trong trường hợp lập trình viên muốn sử dụng một ngôn ngữ lập trìnhkhông nằm trong số các ngôn ngữ Visual Studio hỗ trợ, họ có thể tải xuống tiệních mở rộng Điều này vẫn sẽ không làm giảm hiệu năng của phần mềm, bởi vìphần mở rộng này hoạt động như một chương trình độc lập

Ở đây em sử dụng extension Platform IO do đây là 1 arduino rất thân thiệnvới người sử dụng và hữu ích

Hình 2.1: Giao diện PlatformIO

 Kho lưu trữ an toàn

Đi kèm với sự phát triển của lập trình là nhu cầu về lưu trữ an toàn VớiVisual Studio Code, người dùng có thể hoàn toàn yên tâm vì nó dễ dàng kết nốivới Git hoặc bất kỳ kho lưu trữ hiện có nào.

 Hỗ trợ web

Visual Studio Code hỗ trợ nhiều ứng dụng web Ngoài ra, nó cũng có mộttrình soạn thảo và thiết kế website

 Lưu trữ dữ liệu dạng phân cấp

Phần lớn tệp lưu trữ đoạn mã đều được đặt trong các thư mục tương tự nhau.Ngoài ra, Visual Studio Code còn cung cấp các thư mục cho một số tệp đặc biệtquan trọng

 Hỗ trợ viết Code

Một số đoạn code có thể thay đổi chút ít để thuận tiện cho người dùng.Visual Studio Code sẽ đề xuất cho lập trình viên các tùy chọn thay thế nếu có

 Hỗ trợ thiết bị đầu cuối

Visual Studio Code có tích hợp thiết bị đầu cuối, giúp người dùng khỏi phảichuyển đổi giữa hai màn hình hoặc trở về thư mục gốc khi thực hiện các thaotác

 Hỗ trợ Git

Visual Studio Code hỗ trợ kéo hoặc sao chép mã trực tiếp từ GitHub Mãnày sau đó có thể được thay đổi và lưu lại trên phần mềm.

* Nghiên cứu về Gateway

Hình 2.2: Mô hình IoT kết hợp GatewayCông nghiệp 4.0 là xu hướng hiện thời trong việc tự động hóa và trao đổi

dữ liệu trong công nghệ sản xuất Một trong những yếu tố cốt lõi của 4.0 là IoT,

nó 23 giúp cho các hệ thống điều khiển công nghiệp có thể dễ dàng trao đổi dữliệu, giám sát và điều khiển từ xa Trong các hệ thống giám sát, điều khiển, giảipháp tích hợp Gateway thường được đưa ra nhằm giải quyết bài toán kết nối các

hệ thống tới mạng Internet, tham gia vào hệ sinh thái IoT Thiết bị Gateway làthiết bị được sử dụng để liên kết các hệ thống mạng khác nhau Nhiệm vụ chínhcủa Gateway là chuyển đổi giao thức ở cấp cao, thường được thực hiện bằng cácthành phần phần mềm

Gateway cho phép nối ghép hai loại giao thức với nhau Ví dụ: mạng củabạn sử dụng giao thức IP và mạng của ai đó sử dụng giao thức IPX, Novell,DECnet, SNA… hoặc một giao thức nào đó thì Gateway sẽ chuyển đổi từ loạigiao thức này sang loại khác

Qua Gateway, các máy tính trong các mạng sử dụng các giao thức khácnhau có thể dễ dàng “nói chuyện” được với nhau Gateway không chỉ phân biệtcác giao thức mà còn có thể phân biệt ứng dụng như cách bạn chuyển thư điện

tử từ mạng này sang mạng khác, chuyển đổi một phiên làm việc từ xa…

Nói cách khác, Gateway đóng vai trò là một “cửa ngõ” giữa 2 mạngnetwork (có thể là IP – IP hoặc IP – LoRa…) Do các node con không thể kếtnối thẳng vào server được nên phải nhờ một thiết bị trung gian gửi dữ liệu đi 24giúp, thì thiết bị đó gọi là Gateway Giao thức gửi và môi trường gửi không ảnhhưởng tới khái niệm Gateway [9]

2.3 Phương pháp nghiên cứu phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thực tế 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Là các phương pháp tác động trực tiếp vào đối tượng có trong thực tiễn đểlàm rõ bản chất và các quy luật của đối tượng

+ Phương pháp quan sát khoa học: Có hai loại quan sát khoa học là quansát trực tiếp và quan sát gián tiếp hoặc phân thành quan sát theo thời gian vàkhông gian Đối với những nghiên cứu quy mô lớn nên chia thời gian nghiêncứu theo từng giai đoạn để thu thập được nguồn thông tin chính xác nhất, xácthực nhất với vấn đề nghiên cứu

Ý nghĩa của phương pháp là: Quan sát là phương thức cơ bản để nhậnthức sự vật Quan sát sử dụng một trong hai trường hợp: phát hiện vấn đề nghiêncứu, đặt giả thuyết kiểm chứng giả thuyết Quan sát đem lại cho người nghiêncứu những tài liệu cụ thể, cảm tính trực quan, song có ý nghĩa khoa học rất lớn,đem lại cho khoa học những giá trị thực sự

+Phương pháp thực nghiệm khoa học:

Thực nghiệm là phương pháp thu nhập thông tin về đối tượng được thựchiện bởi những quan sát trực tiếp trong điều kiện gây biến đổi cho đối tượngkhảo sát một cách có chủ đích Thực chất của phương pháp thực nghiệm là chủđộng gây ra hiện tượng nghiên cứu trong những điều kiện khống chế, nhờ đó cóthể lặp lại nhiều lần, tách bạch ra và biến thiên từng nhân tố tác động và đánhgiá, đo đạc tỉ mỉ sự biến đổi của hiệu quả theo sự biến thiên ấy

+ Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: Là phương pháp nghiêncứu và xem xét lại những thành quả thực tiễn trong quá khứ để rút ra kết luận bổích cho thực tiễn và khoa học

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết là phương pháp thu thập thông tinthông qua đọc sách báo, tài liệu nhằm mục đích tìm chọn những khái niệm và tưtưởng cơ bản là cơ sở cho lý luận của đề tài, hình thành giả thuyết khoa học, dựđoán về những thuộc tính của đối tượng nghiên cứu, xây dựng những mô hình lýthuyết hay thực nghiệm ban đầu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết (còn gọi là phương pháp nghiêncứu tài liệu), người nghiên cứu cần hướng vào thu thập và xử lý những thông tin sau:

- Cơ sở lý thuyết liên quan đến chủ đề nghiên cứu của mình

- Thành tựu lý thuyết đã đạt được liên quan trực tiếp đến chủ đề nghiên cứu

- Các kết quả nghiên cứu cụ thể đã công bố trên các ấn phẩm

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1 Sơ đồ tổng quan mô hình lắp đặt lora thử nghiệm

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống

Qua sơ đồ khối, ta có thể thấy được dữ liệu được truyền nối tiếp với nhau,mục đích để tăng khoảng cách truyền Và mỗi Node đều có DHT11 Sensors vìnhiệt độ và độ ẩm là 2 thông số rất quan trọng và nó có mặt hầu như trong mọi

hệ thống nông nghiệp Và có các cảm biến khác trong sơ đồ như: Optical Sensor(cảm biến quang), Soil Moisture Sensor (cảm biến độ ẩm đất), Water TubiditySensor (cảm biến đo độ đục nước) Sau khi các Node để cách nhau Dx (x lầnlượt là 1-2-3) m thì kết nối với nhau Sau đó dữ liệu từ Node 1 sẽ gửi đến Node

2 Sau đó Node 2 sẽ gửi đồng thời dữ liệu nhận được từ Node 1 và dữ liệu của

nó đến Node 3 Node 3 nhận được dữ liệu từ Node 2 (bao gồm cả dữ liệu củaNode 1) và gửi dữ liệu của Node 2 và Node 3 đến Gateway Gateway sẽ gửi dữliệu lên giao diện hiển thị của Blynk

3.2 Thiết kế phần cứng cho hệ thống lora

3.2.1 Sơ đồ khối và chức năng từng khối

Hình 3.2: Sơ đồ khối của từng node và gateway

Hệ thống bao gồm 5 khối chính: khối cảm biến, khối xử lý, khối truyềnthông, khối nguồn, khối ứng dụng Blynk

- Khối nguồn : Khối nguồn có chức năng cung cấp các mức điện áp một

chiều cho các bộ phận hệ thống, bao gồm các điện áp

- 3.3V cung cấp nguồn hoạt động cho khối truyền thông

- 5V cung cấp nguồn hoạt động cho khối xử lí và khối thực thi

Bộ nguồn có thể là các pin hoặc acquy cung cấp năng lượng cho các nútcảm biến và nút xử lý và thường không thay thế được lên nguồn năng lượng củanút thường là giới hạn Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh nănglượng, ví dụ các tấm pin mặt trời nhỏ

- Khối cảm biến: bao gồm các loại cảm biến dùng để đo lường tham số

khác nhau của môi trường vật lý: nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất… Khốicảm biến có chức năng thu thập dữ liệu từ môi trường chuyển đổi và gửi dữ liệuđến khối xử lí

- Khối xử lí: có nhiệm vụ xử lí dữ liệu từ các nguồn

- Khối xử lí ở nút cảm biến: Giao tiếp với các khối cảm biến để nhận và gửi

dữ liệu tới khối truyền thông

- Khối xử lí ở nút xử lý trung tâm thì hoạt động với tần suất nhiều hơn vàliên tục hơn khối xử lí ở các nút cảm biến Nó nhận dữ liệu từ các nút cảm biến

- Khối truyền thông: có chức năng thu nhận phát thông tin giữa các nút.

Dựa trên yêu cầu ứng dụng và sự liên quan để truyền đạt nó thường sử dụngsóng phù hợp như radio, hồng ngoại hay quang học

- Khối ứng dụng Blynk: có nhiệm vụ giao tiếp giữa người sử dụng với hệ

thống Ứng dụng có chức năng hiển thị dữ liệu mà hệ thống thu thập được

3.2.2 Lựa chọn linh kiện theo các khối:

3.2.2.1: Khối Cảm biến

a Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay

vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1dây truyền dữ liệu duy nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúpbạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào

Hình 3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11Thông số kỹ thuật

 Nguồn: 3 - 5 VDC

 Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu)

 Đo tốt ở độ ẩm 20 - 80% RH với sai số 5%

 Đo tốt ở nhiệt độ 0 - 500C sai số ±2°C

 Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần)

 Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm

 4 chân, khoảng cách chân 0.1''

b Cảm biến đo độ đục nước

Cảm biến đo độ đục của nước được sử dụng để đo độ đục của nước, cảmbiến sử dụng phương pháp đo quang học cho độ bền và độ chính xác cao, thíchhợp cho các ứng dụng cảm biến môi trường nước, đo độ ô nhiễm, thủy sinh, ao

Hình 3.4 Cảm biến đo độ đục nước

Hình 3.5 Cảm biến ánh sángThông số kỹ thuật

 Nhiệt độ môi trường: -300C ~ +70 0C

 Thời gian đáp ứng (ms): Tăng: 30ms, giảm: 30ms

d Cảm biến độ ẩm đất

Với một hệ thống IoT trong nông nghiệp thì ngoài thông số nhiệt độ, độ

ẩm ra thì độ ẩm đất là một thông số cũng quan trọng không kém Nó được ứng dụng trong các mô hình giám sát thông số độ ẩm đất và tưới nước cho cây cối khi không có người quản lý khu vườn hoặc dùng trong những ứng dụng tương tựnhư vườn hoa, hay các hệ thống tưới tiêu tự động