XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỖ TRỢ …graduate.hiu.vn/Resources/Docs/SubDomain/graduate/LUAN VAN KHOA HOC...hệ thống điều khiển thông qua các

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ HỒNG BÀNG

TRẦN QUỐC VIỆT

Tên đề tài luận văn:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỖ TRỢ VIỆC TRỒNG NẤM

BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số học viên: 126012113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH HOÀNG VĂN KIẾM

TP. Hồ Chí Minh – năm 2015

Trang 1

CHUẨN Y CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN

Luận văn tựa đề: “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ việc

trồng nấm bằng điện thoại di động”, công trình được Trần Quốc Việt

thực hiện và nộp nhằm thỏa một phần yêu cầu tốt nghiệp thạc sĩ chuyên

ngành Khoa học máy tính.

Chủ tịch Hội đồng

Ngày tháng năm 2015

Giảng viên hướng dẫn

GS.TSKH. Hoàng Văn Kiếm Cố vấn Hiệu trưởng

Đại học Quốc tế Hồng Bàng Ngày tháng 12 năm 2015

TP. HCM, ngày tháng năm 2015

Viện Đào Tạo Sau Đại Học

Trang 2

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

Họ và tên: Trần Quốc Việt

Sinh ngày: 29 tháng 10 năm 1976 Nơi sinh: Đồng Tháp

Tốt nghiệp THPT tại trường THPT Hồng Ngự I, tỉnh Đồng Tháp, năm 1993.

Tốt nghiệp đại học tại trường Đại Học Cần Thơ, năm 1998.

Từ năm 1998 đến 2004: Làm việc tại công ty Công Nghệ Thông Tin

GenPacific

Từ năm 2004 đến nay: Làm việc tại công ty TNHH TM & DV Tin Học Tứ

Huynh

Địa chỉ liên lạc: Số 13 KP3, đường TX51, Phường Thạnh Xuân, Quận 12,

TP.HCM

Email: [email protected]

Điện thoại: 0906 69 69 67

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan rằng luận văn này: “Xây dựng hệ thống điều khiển

thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động” là bài nghiên cứu

của chính tác giả.

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tác

giả cam đoan rằng toàn luận văn này chưa từng được công bố hay được sử

dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các

trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do những hạn chế của người viết về mặt kiến

thức, kinh nghiệm, thời gian, trang thiết bị và tài liệu nên nội dung và hình

thức không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận được những góp ý chân

thành từ thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.

TP.HCM, ngày 01 tháng 12 năm 2015

Tác giả luận văn

Trần Quốc Việt

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Hoàng Văn

Kiếm, thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng, giúp đỡ và động viên em trong

suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này. Thầy đã giúp đỡ em tiếp

cận với khoa học, những tri thức mới trong xã hội và đạt được thành công

trong lĩnh vực nghiên cứu của mình.

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa

Công nghệ thông tin – Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Quốc tế

Hồng Bàng. Các thầy cô đã luôn nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho

em học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua.

Tôi xin cám ơn đến chủ nhà trồng nấm Nhơn Trạch – Đồng Nai đã tạo

điều kiện cho tôi trong việc thực hành thực nghiệm đề tài và cảm ơn đến các

bạn cùng lớp đã cho tôi những ý kiến đóng góp đáng giá, mở ra nhiều hướng

tiếp cận mới làm phong phú khả năng thực tế của khóa luận.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên trong gia đình,

những người luôn ở bên động viên và tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt khóa

luận này.

TP.HCM, ngày 01 tháng12 năm 2015

Tác giả luận văn


Trang 5

TÓM TẮT

Ở nước Việt Nam chúng ta, với thế mạnh về điều kiện tự nhiên như nhiệt độ

quanh năm không thay đổi nhiều, độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của cây nấm

(độ ẩm cao do lượng mưa hàng năm khá lớn), nguồn nguyên liệu sản xuất nấm sẵn

có tại địa phương (nhiều chất thải nông nghiệp như: rơm rạ, trấu, mùn cưa,…) nên

trồng nấm đang từng bước trở thành nghề phổ biến cho người nông dân. Để hỗ trợ

bà con nông dân ít tốn nhiều thời gian và công sức, luận văn tập trung nghiên cứu

ứng dụng “Điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động” với

các chức năng có thể điều khiển các thiết bị như: bật/tắt đèn chiếu sáng (yếu tố nhiệt

độ), bật/tắt quạt hút, quạt thổi, phun sương (yếu tố độ ẩm),… nhằm hỗ trợ bà con

nông dân giảm thiểu các thao tác chăm sóc nấm thủ công, giúp quản lý, theo dõi kịp

thời tình trạng nhà nấm với mục đích chung là đạt được năng suất cao.

Luận văn sử dụng thiết bị Raspberry Pi để điều khiển các thiết bị thông qua

mạng không dây Wifi. Thiết bị này đang được phổ biến, được hỗ trợ trên các diễn

đàn, đặc biệt là giá thành rẻ phù hợp với túi tiền của bà con nông dân.

Ngoài ra, luận văn xây dựng những kịch bản thông minh, tích hợp nhiều thiết bị

cảm biến, tạo ra hệ thống điều khiển các thiết bị điện được sử dụng trong nhà trồng

nấm qua thiết bị di động một cách thuận lợi, nhanh chóng, tiết kiệm điện, chi phí đi

lại, đáp ứng nhu cầu của bà con nông dân không phải có mặt tại nhà trồng nấm mà

có thể theo dõi quản lý các nhà trồng nấm từ xa qua mạng internet. Góp phần phát

triển ngành nghề trồng nấm mang lại hiệu quả cao về chất lượng, năng suất cho nấm

và phát triển kinh tế và xã hội.

Trang 6

TÓM TẮT MỞ RỘNG

Ngoài lời mở đầu, mục lục, danh mục hình ảnh, bảng biểu, danh mục các ký

hiệu, chữ viết tắt, tài liệu tham khảo và một số phụ lục, luận văn gồm có 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu.

Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu và những nội dung chính yếu

cần nghiên cứu. Qua đó trình bày xu hướng ứng dụng và nhu cầu thực tiễn về một

hệ thống điều khiển thông qua các thiết bị di động với các chức năng quản lý và

điều khiển tự động áp dụng cho nhà trồng nấm.

Chương 2: Tổng quan các kỹ thuật và công nghệ trong việc phát triển nhà

trồng nấm tự động

Trình bày tổng quan về kỹ thuật nuôi trồng một số loại nấm phổ biến như: Nấm

sò, nấm linh chi.

Trình bày sự phát triển của công nghệ thông tin truyền thông, các hệ thống lý

thuyết và công nghệ liên quan từ đó đưa đến giải pháp tốt nhất được áp dụng cho

luận văn.

Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống

- Xây dựng mô hình hệ thống từ những chức năng điều khiển cơ bản (điều

kiển thủ công) đến chức năng bán tự động và tự động.

- Xây dựng những kịch bản thông minh đáp ứng nhu cầu thực tế của người

dùng.

- Lập trình điều khiển các thiết bị trong nhà trồng nấm.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

- Trình bày quá trình cài đặt hệ thống, các kết quả đạt được trong quá trình

thực nghiệm tại nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.

- Trình bày tổng kết lại những kết quả đạt được của luận văn, những mặt còn

hạn chế và hướng phát triển của đề tài trong tương lai để tạo ra được một sản

phẩm hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi với mô hình điều khiển tự động trong lĩnh

vực trồng nấm nói riêng và trong lĩnh vực nông nghiệp nói chung.

Trang 7

ABSTRACT

In our country, Viet Nam, with the advantages of natural conditions as the

temperature does not highly fluctuate throughout the year, huminity is suitable for

the growth of mushrooms (high humidity due to the large annual rainfall), the

sources of materials for growing mushroom is locally available (agricultural wastes

such as straw, rice husks, sawdust,…). Therefore, mushrooms cultivation are

gradually becoming popular professions for farmers. To save farmers’s time and

effort, the thesis focuses on researching the application of “devices supporting for

cultivation of mushrooms controlled by mobile/cell phone” with some functions

such as turning on/off lights (temperature factor), misting/blower fans, nebulizer

(moisture factor),.. that could help reducing manual fungus care operation,

managing and monitoring the mushrooms growing process with the overall aim of

achieving high productivity.

Thesis is concerned with using Raspberry Pi to control devices via Wifi

wireless network. These devices are being popular, supported on the forums,

especially its price is cheap and affordable for farmers.

Besides, the thesis build smart scenarios which integrate multiple sensors,

create control system for the electrical equipments used in mushroom houses via

mobile devices in a convenient, fast, power-saving, fuel/travel cost-saving way. To

meet the needs of farmers that they do not have to be present at the mushroom

cultivating houses, they are still able to monitor and manage it far away via the

internet. It is contributing to the development of mushroom cultivation bringing to

high efficiency in terms of mushroom quality and productivity; gradually improving

economy and society.

Trang 8

ABSTRACT EXTEND

In addition to the preamble, table of contents, list of images, tables, list of

symbols, abbreviations, references and some appendices, the contents of the thesis

consists of five chapters:

Chapter 1: Introduction.

Presenting reasons of selecting the topic, the researching objectives and the

essential contents. Thereby we could show the application trends and practical

needs of a control system via mobile equipments with management functions and

automatic control applied to mushroom cultivating house.

Chapter 2: overview of the techniques and technologies in the development of

automatic mushroom growing house.

Presenting an overview of techniques in cultivating some popular mushrooms

like oyster mushroom, Ganoderma Lucidum.

Presenting the development of information and communication technologies,

theoretical systems and related technologies from which lead to the best solution

applied to the thesis.

Chapter 3: Building and designing the system

- Building a system’s model from the basic control functions (manual control)

to the semi-automatic and automatic functions.

- Setting up the intelligent/smart scripts meet the user’s realistic needs.

- Programming to control equipments in the mushroom cultivating houses.

Chapter 4: Results of experimental studies.

- Presenting the process of installing the system, the results achieved during

the experiment at mushroom house in Nhon Trach district, Dong Nai province

Chapter 5: Conclusions and development

Summarizing the results of the thesis, weaknesses of the thesis and the subject’s

directions of development in the future to create a complete product widely used in

the application of automatic control in the field of planting mushroom in particular

and the agricultural in general.

Trang 9

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ................................................................................... 14

1.1 Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 14

1.2 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu ....................................................................... 15

1.3 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 15

1.4 Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 16

1.5 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 16

1.6 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 16

1.7 Những nội dung chính cần nghiên cứu ............................................................ 17

Chương 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ ............................... 18

2.1 Lý thuyết cơ bản về việc trồng nấm ................................................................. 18

2.1.1 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm linh chi ........................................................... 18

2.1.2 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm bào ngư .......................................................... 21

2.2 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị từ xa ....................................... 24

2.2.1 Công nghệ không dây X10 ....................................................................... 24

2.2.2 Công nghệ không dây Insteon .................................................................. 25

2.2.3 Công nghệ không dây Zigbee ................................................................... 27

2.2.4 Công nghệ Z-wave ................................................................................... 28

2.2.5 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi .............................................. 30

2.3 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỹ thuật tổng quát ................................................. 32

2.3.1 Bố trí hệ thống tưới tự động cho nhà nấm ................................................. 32

2.3.2 Bố trí quạt hút, quạt thổi, máy phun nước trên mái nhà để hạ nhiệt độ ...... 33

2.3.3 Bố trí lắp đặt máy phun sương để tăng độ ẩm không khí trong nhà nấm ... 33

2.4 Đề xuất công nghệ .......................................................................................... 34

2.5 Phần mềm cho hệ thống điều khiển ................................................................. 35

2.5.1 Web IOPI ................................................................................................. 35

2.5.2 Web giao diện người dùng........................................................................ 35

2.5.3 Ứng dụng giao diện người dùng trên điện thoại di động............................ 37

2.5.4 Cơ sở dữ liệu: ........................................................................................... 38

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ..................................................... 39

3.1 Mô hình hệ thống ............................................................................................ 39

3.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống ............................................................... 39

3.1.2 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa cơ bản ..................................... 40

3.1.3 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa bán tự động............................. 40

3.1.4 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa tự động ................................... 42

3.1.5 Mô hình thiết lập các thông số môi trường theo độ tuổi của nấm thông qua

qua camera nhận dạng tai nấm. ................................................................................ 43

Trang 10

3.2 Thiết lập các mức độ điều khiển của hệ thống ................................................. 44

3.2.1 Cấp độ 1 - Hệ thống điều khiển bật/tắt các thiết bị điện cơ bản ................. 44

3.2.2 Cấp độ 2 - Hệ thống điều khiển hẹn giờ .................................................... 46

3.2.3 Cấp độ 3 - Hệ thống điều khiển tự động .................................................. 47

3.2.4 Cấp độ 4-Hệ thống cảnh báo và kiểm soát hoạt động các thiết bị qua

camera 49

3.2.5 Cấp độ 5-Hệ thống điều khiển thông minh với camera nhận dạng tai nấm 50

3.3 Xây dựng và thiết lập hệ thống ........................................................................ 51

3.3.1 Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi ...................................................... 51

3.3.2 Cập nhật Raspberry Pi config: .................................................................. 53

3.3.3 Cài đặt Web Iopi ...................................................................................... 61

3.3.4 Sử dụng WebIopi ..................................................................................... 62

3.3.5 Bật tắt WebIopi tự động ........................................................................... 63

3.3.6 Truy cập WebIopi trên mạng LAN ........................................................... 63

3.3.7 Nguyên lý giao tiếp của WebIopi và các thiết bị truy cập .......................... 65

3.3.8 Truy cập WebIopi qua mạng internet ........................................................ 66

3.3.9 Cài đặt cảm biến DHT11 .......................................................................... 67

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ................................................... 71

4.1 Thiết lập điều khiển cho hệ thống ......................................................................... 71

4.2 Các chức năng điều khiển ..................................................................................... 72

4.2.1 Chức năng xử lý nhiệt độ ................................................................................ 72

4.3 Nhận xét từ nhà trồng nấm ở nơi thí nghiệm ......................................................... 73

Chương 5 TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 74

5.1 Những kết quả nghiên cứu đạt được ................................................................ 74

5.2 Những hạn chế của đề tài ................................................................................ 75

5.3 Hướng phát triển của đề tài ............................................................................. 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 76

PHỤ LỤC – MÃ NGUỒN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ................................................... 77

1. Mã nguồn điều khiển tắt/mở đèn chiếu sáng .................................................... 77

2. Mã nguồn điều khiển tắt/mở quạt hút .............................................................. 77

3. Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở quạt thổi ..................................................... 77

4. Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở máy phun sương ......................................... 77

5. Mã nguồn điều khiển tự động với cảm biến ..................................................... 78

6. Mã nguồn hiện thị giao diện và camera ........................................................... 78

7. Mã nguồn file script của webiopi .................................................................... 84

8. Mã nguồn giao diện màn hình thiết bị di động ................................................. 84

Trang 11

DANH MỤC HÌNH VẼ

STT Mã số Tên hình vẽ Trang

1. Hình 1.1 Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động

14

2. Hình 2.1a Một lô nấm linh chi đang bắt đầu cho thu hoạch 18

3. Hình 2.1b Một nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai 21

4. Hình 2.1c Nhà trồng nấm bào ngư 23

5. Hình 2.2a Sơ đồ tự động nhà thông minh với công nghệ X10 25

6. Hình 2.2b Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ INSTEON

26

7. Hình 2.2c Ứng dụng công nghệ ZigBee trong ngôi nhà thông minh

28

8. Hình 2.2d Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ Z-Wave

29

9. Hình 2.2e Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+ 31

10. Hình 2.3a Lắp đặt hệ thống tưới tự động cho nhà nấm 32

11. Hình 2.3b Sơ đồ bố trí vòi phun nước tự động 33

12. Hình 2.3c Hệ thống tưới phun tự động tại nhà nấm 34

13. Hình 2.5 Giao diện web điều khiển và hiển thị tình trạng với các màu khác nhau

36

14. Hình 2.5b Giao diện chính trên điện thoại di động 37

15. Hình 3.1a Mô hình hoạt động của hệ thống 39

16. Hình 3.1b Mô hình điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa 40

17. Hình 3.1c Mô hình điều khiển từ xa bán tự động của hệ thống

41

18. Hình 3.1d Mô hình điều khiển từ xa tự động của hệ thống 42

19. Hình 3.1e Mô hình điều khiển tự động với camera nhận dạng tai nấm

43

20. Hình 3.2a Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 1 45

21. Hình 3.2b Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 2 46

22. Hình 3.2c Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 3 48

23. Hình 3.2d Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 4 49

24. Hình 3.2e Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 5 51

25. Hình 3.3a Chọn đường dẫn cài hệ điều hành Raspbian 52

26. Hình 3.3b Thông số mạng 53

27. Hình 3.3c Màn hình Terminal của Pi để gõ lệnh config 53

28. Hình 3.3d Chọn cấu hình để đặt tên máy 54

29. Hình 5.3e Cấu hình thay đổi mật khẩu 55

Trang 12

STT Mã số Tên hình vẽ Trang

30. Hình 5.3f Cấu hình chọn chế độ khởi động 56

31. Hình 5.5g Cấu hình chọn chế độ khởi động tiếp theo 56

32. Hình 5.5h Cấu hình chọn ngôn ngữ 57

33. Hình 5.5i Cấu hình chọn múi giờ 58

34. Hình 5.5j Cấu hình chọn múi giờ HCM 58

35. Hình 5.5k Cấu hình thay đổi password của root 59

36. Hình 5.5L Cấu hình chon phép chọn SSH 59

37. Hình 5.5m Cấu hình phần mềm Putty 60

38. Hình 5.5n Login vào phần mềm Putty 60

39. Hình 5.5o Màn hình hiển thị của phần mềm Putty 61

40. Hình 5.5p Màn hình Terminal của Pi 62

41. Hình 5.5q Màn hình Terminal reboot kit Pi 62

42. Hình 5.5r Màn hình hiển thị WebIopi 63

43. Hình 5.5s Giao diện mặc định của WebIpoi 64

44. Hình 5.5t Nguyên lý giao tiếp giửa webipoi với các thiết bị 65

45. Hình 5.5u Đăng ký tài khoản email trên Weaved 66

46. Hình 5.5v Đăng nhập vào Weaved 67

47. Hình 5.5w Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 68

48. Hình 5.5x Sơ đồ kết nối DHT11 69

49. Hình 4.1 Màn hình chính của hệ thống 71

50. Hình 4.2 Máy phun sương tạo độ ẩm 72

Trang 13

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt Diễn giải

RPI Bo mạch Raspberry Pi

Pi Bo mạch Raspberry Pi

RAM Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

LAN Mạng cục bộ

CSDL Cơ sở dữ liệu

TV Ti vi

Auto Chế độ tự động

Manual Chế độ thủ công

Trang 14

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

Nước Việt Nam chúng ta, với thế mạnh về điều kiện tự nhiên như nhiệt độ quan

năm không thay đổi nhiều, độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của cây nấm (độ ẩm

cao do lượng mưa hàng năm khá lớn), nguồn nguyên liệu sản xuất nấm sẵn có tại

địa phương (nhiều chất thải nông nghiệp như: rơm rạ, trấu, mùn cưa,…) nên trồng

nấm đang từng bước trở thành nghề phổ biến cho người nông dân. Tuy nhiên, việc

theo dõi việc trồng nấm bằng thủ công sẽ tốn nhiều thời gian, công sức của người

nông dân.

Thứ hai, không phải chủ nhà nấm lúc nào cũng trúc trực bên nhà nấm để theo

dõi thình trạng phát triển của nấm, do đó sẽ bất tiện cho việc quan sát theo dõi nhà

nấm từ xa như xem thông tin về nhiệt độ, độ ẩm hiện tại của nhà nấm để đưa ra

hướng xử lý kịp thời. Điều này áp dụng công nghệ thông tin hiện đại sẽ giúp cho

chủ nhà nấm có thể quản lý từ xa và cập nhật thông tin về tình trạng nhà nấm của

mình tại bất cứ nơi đâu bằng thiết bị di động thông qua mạng internet, không còn lệ

thuộc vào không gian và thời gian.

Hình 1.1 Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động

Thứ ba, công nghệ điều khiển từ xa bây giờ được tăng cường bởi sự chuyên

dụng của thiết bị di động như là điện thoại thông minh và máy tính bảng. Số người

sử dụng điện thoại thông minh ngày một gia tăng, kể cả bà con nông dân ở thôn

Trang 15

quê, việc điều khiển tự động không còn giới hạn bởi các thiết bị và khoảng cách.

Chủ nhà có thể kiểm soát hầu như tất cả các thiết bị Điện gia dụng của mình thông

qua điện thoại thông minh IOS / Android và máy tính bảng với kết nối internet,

WiFi hoặc 3G.

Với tất cả những lý do đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu, ứng dụng thiết bị

công nghệ vào việc trồng nấm là nhu cầu rất cần thiết thiết vì sẽ cho tỷ lệ thành

công cao do kiểm soát theo dõi được môi trường thực tế, tiết kiệm được nhiều thời

gian đi lại, công sức quản lý, cuối cùng là tiết kiệm năng lượng điện, nước vì các

thiết bị tưới tiêu sẽ tự động ngắt khi không cần dùng đến. Xuất phát từ thực tế đó,

tác giả đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị và quản lý tự động

hỗ trợ việc trồng nấm” để làm đề tài luận văn thạc sĩ với những ưu điểm như:

- Điều khiển tự động bật tắt đèn chiếu sáng, tưới nước (yếu tố nhiệt độ), điều

khiển bật tắt tự động quạt hút, quạt thổi, máy phun sương (yếu tố độ ẩm) một

theo một tiêu chuẩn xác định tùy theo độ tuổi của tai nấm

- Tiết kiệm năng lượng điện, nước,…

- Tiết kiệm thời gian, chi phí đi lại

- Đáp ứng những nhu cầu cần thiết trong việc chăm sóc nấm tự động.

1.2 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu

- Điều khiển thiết bị điện từ xa bằng cách nào ?

- Hệ thống có đảm bảo thiết bị luôn chạy đúng yêu cầu ?

- Có điều khiển thiết bị trong nhà nấm như đèn chiếu sáng, quạt hút, máy phun

sương qua thiết bị di động được hay không ?

- Hệ thống ứng dụng công nghệ gì ?

- Đề tài có gì khác so với những đề tài đã được thực hiện?

- Khả năng ứng dụng trong thực tế của đề tài như thế nào?

- Chi phí có phù hợp cho nhà đầu tư hay không?

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này được nghiên cứu nhằm đạt được các mục đích sau:

- Giúp chúng ta hiểu môi trường thuận lợi để phát triển cây nấm và các công nghệ

điều khiển không dây đang được sử dụng và phát triển hiện nay.

Trang 16

- Xây dựng được hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà trồng nấm từ xa bằng

thiết bị di động phù hợp với điều kiện môi trường thực tế.

- Cung cấp các giải pháp thông minh trong việc trồng nấm một cách tự động.

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa, sử dụng công nghệ wifi với bo

mạch Raspberry Pi làm bộ phận điều khiển trung tâm và các nhóm thiết bị:

- Nhóm thiết bị nhiệt độ: Máy bơm nước, quạt hút, quạt thổi, đèn chiếu sáng.

- Nhóm thiết bị độ ẩm: Máy phun sương, cảm biến đo nhiệt độ.

- Nhóm thiết bị quan sát: Camera quan sát và nhận dạng.

1.5 Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà trồng nấm từ xa bằng thiết

bị di động. Hệ thống cần đáp ứng ở 3 mức độ:

- Giám sát: Giám sát thông thường và giám sát tự động.

- Cảnh báo: cảnh báo thông thường và cảnh báo tự động.

- Điều khiển: Điều khiển thông thường và điều khiển tự động.

1.6 Phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin:

Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển thiết bị điện từ xa với công nghệ wifi với

bo mạch Raspberry Pi. Thử nghiệm một số phương pháp điều khiển hiện có.

Nghiên cứu gắn kết, giao tiếp các thiết bị điều khiển với nhau. Từ nghiên cứu đó

sẽ áp dụng xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà trồng nấm từ xa qua

thiết bị di động.

Phương pháp nghiên cứu điển hình:

Dựa vào những tình huống điển hình, những nhu cầu điển hình trong thực tế để

xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ trồng nấm một cách tự động.

Phương pháp nghiên cứu chuyên gia:

- Chuyên gia trồng nấm: Đến gặp các chuyên gia trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng

Nai, Củ chi… để có biết được kỹ thuật và kinh nghiệm trồng nấm và nghiên cứu

về những gợi ý của họ.

Trang 17

- Chuyên gia về công nghệ không dây

Từ hai chuyên gia này tôi xây dựng hệ thống với các chức năng đáp ứng cho

việc trồng nấm động phối hợp và điều khiển nhịp nhàng các yếu tố: nhiệt độ, độ

ẩm.

Phương pháp thực nghiệm:

Hệ thống sẽ được thực nghiệm tại một cơ sở trồng nấm tại Nhơn Trạch – Đồng

Nai nhằm kiểm tra những thiếu sót, kiểm tra tính linh hoạt của hệ thống khi áp

dụng vào thực tế.

1.7 Những nội dung chính cần nghiên cứu

Để thực hiện mục đích nêu trên, luận văn có các nhiệm vụ cụ thể sau đây:

- Về mặt nghiệp vụ: Tìm hiểu các kỹ thuật cơ bản trong việc trồng và chăm sóc

cây nấm. Giới hạn đề tài chỉ nghiên cứu kỷ thuật trồng nấm linh chi vì việc theo

dõi điều kiện nhiệt độ, độ ẩm phù hợp với mô hình của đề tài.

- Về mặt công nghệ:

Nghiên cứu các công nghệ điều khiển từ xa đang được phát triển. So sánh và

lựa chọn công nghệ, thiết bị, đồng thời đưa ra giải pháp phù hợp với điều

kiện môi trường trồng nấm phù hợp với điều kiện môi trường tại Việt Nam

để xây dựng hệ thống và phát triển.

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của bo mạch Raspberry Pi trong việc điều

khiển các thiết bị

Nghiên cứu web browser Web IOPI hỗ trợ cho bo mạch Raspberry Pi trong

việc truy cập điều khiển từ xa

Nghiên cứu lập trình giao diện ứng dụng trên điện thoại di động chạy hệ điều

hành android

- Thiết kế hệ thống, triển khai và cài đặt hệ thống.

- Xây dựng, tích hợp những ngữ cảnh thông minh vào hệ thống dựa trên những

tình huống điển hình và nhu cầu thực tế trong việc trồng nấm.

Trang 18

Chương 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ

2.1 Lý thuyết cơ bản về việc trồng nấm

2.1.1 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm linh chi

Nghiên cứu quá quy trình trồng nấm của các loại nấm đang được trồng phổ biến

tại Việt Nam như nấm Linh Chi, nấm Mèo, nấm Hương. Nhưng nấm Linh chi vẫn

phù hợp nhất cho hệ thống.

Nấm linh chi là một trong những loại nấm có tác dụng rất lớn trong y học, và

đặc biệt loại nấm này thuộc loại có giá trị kinh tế cao. Do đó được nhiều hộ gia đình

có khả năng đầu tư để trồng loại nấm này để góp phần gia tăng kinh tế gia đình.

Hình 2.1a Một lô nấm linh chi đang bắt đầu cho thu hoạch

Thời vụ trồng nấm Linh Chi

Thời gian bắt đầu cấy giống từ ngày 15/1 đến 15/3 và từ 15/8 đến 15/9 dương

lịch

Nguyên liệu để trồng nấm linh chi

Linh Chi sử dụng nguyên liệu chủ yếu là mùn cưa tươi, khô của các loại gỗ

mềm, không có tinh dầu và độc tố. Ngoài ra còn có thể trồng Linh Chi từ nguyên

liệu là thân gỗ, các cây thuốc họ thân thảo.

Quy trình trồng nấm Linh Chi.

- Bắt đầu từ meo nấm

Trang 19

Sau 20 ngày tơ nấm Linh Chi lan xuống 2/3 bịch và đưa đến trại trồng. Sau khi

vận chuyển từ xe xuống nhà trồng, khoảng 1 đến 3 ngày sau dùng vòi nước xịt, rửa

bụi bám bên ngoài của phôi nấm, đồng thời để nước lạnh kích thích tơ nấm bên

trong. Có thể rửa bịch bằng cách dùng vòi phun qua cho ướt đều 1 lượt (không cần

rửa từng bịch). Bịch rửa xong tốt nhất nên để thêm 1 ngày nữa cho tơ nấm gặp lạnh

bung ra thêm rồi mới mở miệng (tháo nút bông, hoặc giấy bọc). Khi gỡ nút bông,

nếu tơ đã ăn dính nút bông sẽ có hiện tượng chặt khó gỡ, việc này là bình thường và

không anh hưởng gì quá trình phát triển cùa nấm, nhớ rút hết bông có trong miệng

bịch, nếu khó gỡ dùng kềm để kéo.

- Chăm sóc cho nấm phát triển

Sau khi mở nút bông không nên để nước tưới trực tiếp vào miệng bịch, chỉ tưới

vách và nền cho độ ẩm đạt khoảng 80% là tốt trong giai đoạn này, nhiệt độ tốt nhất

là từ 26 đến 30 độ C, tuy nhiên nấm có thể sống từ 26 đến đến 36 độ, quá 36 độ

nấm chết. Lưu ý những ngày nắng nóng nhiều phải tưới để hạ nhiệt độ

Trong 4-5 ngày sau khu tháo nút bông thì nấm non bắt đầu ra hình thành 1 lớp

thịt nấm màu trắng. Lúc này lượng nước tưới cũng như số lần tưới nhiều lên dần sao

cho tai nấm không bị khô hoặc mất màu trắng (ngả sang vàng hoặc nâu). Giai đoạn

này các chỉ tiêu tốt nhất cho nấm là độ ẩm tốt nhất là 90% trở lên (nếu phun sương

24/24 mới đạt được độ ẩm này), nhiệt độ tốt nhất là 27-28 độ. Có thể phủ lớp bạt,

nilon bên ngoài sau khi phun để giữ ẩm, làm sao để đạt được độ ẩm càng cao càng

tốt, nếu không có máy phun sương thì tưới ướt nền và vách để tạo độ ẩm.

Nhà trồng cần thoáng mát, đừng sáng quá cũng đừng tối quá, ánh sáng đủ đọc

sách là được, nên che chắn không để gió lùa vào vì sẽ làm mất độ ẩm nhà trồng.

Tai Nấm dạng nụ sau 7-8 ngày sẽ chuyển sang dạng tán, 30 ngày kể từ lúc xuất

hiện nụ nấm thì nấm sẽ ở dạng tai và bắt đầu phóng thích bào tử (lớp phấn trên tai

nấm, lớp này rất tốt không để trôi lớp phấn này, khi có phấn không được phun

nước trôi lớp phấn)

Tai Nấm Linh Chi từ lúc kết nụ đến lúc trưởng thành kéo dài 70 đến 80 ngày

cho nên sau khi nấm phóng thích bào tử thì đợi 35 - 40 ngày sau mới thu hoạch.

Thời gian nấm ở dạng nụ (cọng) độ ẩm nhà trồng khoảng 80%, đến khi tai nấm ở

dạng tai (tức là 7 ngày kể từ ngày ra nụ sẽ ra dạng tai) cần phải tăng độ ẩm tốt nhất

Trang 20

90% trở lên. Khi nấm mất viền trắng thì hạn chế tưới nước để tai nấm dầy lên tích

lũy khối lượng, lúc này độ ẩm nên khoảng 70%.

Khi mất viền trắng và có bào tử thì trong 5 ngày tiếp theo có thể phun sương

trên bịch nấm, sau đó ngừng phun trên bịch mà chỉ tưới nền để tạo độ ẩm, nếu phun

lên bịch sẽ bị trôi bào tử bào tử ở trên ta nấm càng nhiều càng tốt.

Phương pháp không phủ đất

Rạch túi và tưới nước. Kể từ ngày cấy giống đến khi rạch túi (khoảng 25-30

ngày) sợi nấm đã ăn kín ¾ túi. Tiến hành rạch 2 vết rạch sâu vào trong túi 0,2-

0,5cm, đối xứng trên bề mặt túi nấm. Đặt túi nấm trên giàn cách nhau 2-3cm để

nấm ra không chạm vào nhau.Từ 7 đến 10 ngày đầu chủ yếu tiến hành tưới nước

trên nền nhà, đảm bảo độ ẩm 80-90%, thông thoáng vừa phải.Khi quả thể nấm bắt

đầu mọc từ các vết rạch hoặc qua nút bông thì ngoài việc tạo ẩm không khí, có thể

tưới phun sương nhẹ vào túi nấm mỗi ngày từ 1-3 lần (tuỳ theo điều kiện thời tiết).

Chế độ chăm sóc như trên được duy trì liên tục cho đến khi viền trắng trên vành mũ

quả thể không còn nữa là hái được.

Phương pháp phủ đất

Chuẩn bị đất phủ (tương tự như đất phủ nấm mỡ).Cách phủ đất: Khi sợi nấm đã

ăn kín khoảng ¾ túi, gỡ bỏ nút bông, mở miệng túi, phủ lên trên bề mặt một lớp đất

có chiều dày 2-3cm.Chăm sóc sau khi phủ đất: Nếu đất phủ khô cần phải tưới rất

cẩn thận (tưới phun sương) để đất ẩm trở lại. Tuyệt đối không tưới nhiều, nước

thấm xuống nền cơ chất sẽ gây nhiễm bệnh, ảnh hưởng đến quá trình hình thành

quả thể nấm. Trong thời gian 7-10 ngày đầu (kể từ lúc phủ đất) cần duy trì độ ẩm

không khí trong nhà đạt 80-90% bằng cách tưới nước thường xuyên trên nền nhà.

Khi quả thể bắt đầu hình thành và nhô lên trên mặt lớp đất phủ cần duy trì độ ẩm

liên tục như trên cho đến thời điểm thu hái được. Thời gian từ khi nấm lên đến lúc

thu hoạch kéo dài khoảng 65-70 ngày.Khi đó ngoài việc duy trì độ ẩm trong phòng

thì ta còn phải tưới phun sương nhẹ trực tiếp trên bề mặt đất phủ 1-3 lần trong ngày

(tuỳ theo điều kiện thời tiết) mục đích để giúp đất phủ luôn duy trì độ ẩm (tương tự

độ ẩm của đất trồng rau). Việc chăm sóc như trên kéo dài liên tục cho tới khi viền

màu trắng trên mũ nấm không còn nữa, lúc đó nấm đến tuổi thu hái.

Trang 21

Hình 2.1b Một nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai

2.1.2 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm bào ngư

Nấm bào ngư là loại thức ăn ngon, là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng khá cao,

cung cấp một lượng đáng kể chất đạm, đường bột, nhiều vitamin và khoáng chất,

đồng thời là dược liệu quí giá trong việc duy trì, bảo vệ sức khỏe phòng chống

nhiều bệnh kể cả ung thư, ung bướu và cũng là nguồn hàng xuất khẩu có giá trị

* Nguyên liệu:

Nguyên liệu chính làm môi trường nuôi nấm là các loại phế thải nông nghiệp

giàu chất cenluloz như: rơm rạ và mùn cưa thuộc loại gỗ mềm và không có nhựa

ngăn meo nấm phát triển như gỗ cao su, xoài, so đũa, thân bắp, cùi bắp…..

Nguyên liệu sau khi qua xử lý, ủ chín, phối trộn chất dinh dưỡng, vô bịch, hấp

tiệt trùng, cấy meo giống. Sau 20 – 25 ngày tơ nấm mọc đầy bịch phôi, lúc này bịch

phôi được đem ra nhà nấm chăm sóc thu hoạch quả thể.

* Chuẩn bị nhà nấm:

Vật liệu làm nhà nấm bằng tre, lá , lưới, ny lon. Có thể tận dụng sàn nhà để treo

bịch phôi nấm, xung quanh nhà trồng nấm có thể bao lưới cước hoặc nylon để giữ

ẩm độ, hạn chế côn trùng giúp cho nấm phát triển tốt.

Trang 22

Nhà trồng nấm phải sạch sẽ, cao ráo, thoáng khí, thoát nước và giữ được độ ẩm.

Các bịch phôi nấm có thể xếp đặt trên các bệ (bằng tre hay sắt) hoặc treo dưới các

thanh ngang, mỗi hàng cách nhau 20 – 30cm, mỗi dây cách nhau 20 – 25cm, mỗi

dây có thể treo từ 6 – 10 bịch phôi. Tốt nhất bố trí dàn treo theo từng khối một, mỗi

khối rộng từ 1,4 - 1,6m, chiều dài tùy theo nhà trồng. Mỗi khối chừa các lối đi để

tiện chăm sóc và thu hái.

Trước khi đưa nấm vào nhà nuôi trồng ta cần khử trùng nhà nấm bằng vôi bột cứ

100gr vôi bột/1m2 rãi đều xung quanh nền nhà nấm.

Sau khi nhà nấm chuẩn bị xong ta tiến hành đưa bịch phôi nấm vào chăm sóc.

Nhà nấm cần lắp đặt hệ thống phun sương điều ẩm trong nhà trồng nấm nhằm tối

ưu hóa điều kiện phát triển của nấm.

* Đưa bịch phôi nấm vào nhà trồng và chăm sóc:

Chọn những bịch có sợi tơ nấm mọc trắng đều bịch, sau đó tiến hành tháo nút

bông phía trên miệng bịch phôi hoặc dùng dao lam rạch từ 3 – 4 đường dài khoảng

3 – 4cm trên bịch phôi, sau khi rạch bịch để ngày hôm sau mới phun tưới nước.

Nước tưới nấm phải sạch, không phèn, không chứa chất độc hại nấm và nên tưới

bằng bình phun sương hay vòi phun thật mịn. Tưới nước nhiều hay ít tùy theo ẩm

độ không khí của nhà nuôi nấm. Bình quân 2 lần/ngày, nếu khô thì từ 3 – 4lần/ngày.

Độ ẩm môi trường không khí nơi trồng nấm đạt 85-90%. Nhiệt độ thích hợp 25-

32oC, nhiệt độ tối ưu 27-28oC. Ánh sáng khuyếch tán (có thể đọc sách được) đây là

điều kiện thích hợp nhất để tạo quả thể nấm phát triển.

Cách tưới: Sử dụng hệ phun sương với cảm biến tự động sẽ tiết kiệm sức lao

động. Người quản lý sẽ cài đặt các thông số độ ẩm, nhiệt độ yêu cầu từ trước. Khi

độ ẩm xuống dưới mức yêu cầu các vòi phun sương chuyên dụng tự động hoạt động

tạo ra các hạt sương siêu mịn thẩm thấu đều vào các vách. Với độ chính xác cao,

các hạt sương mịn tạo độ ẩm chính xác tới 0.1% nhưng không ngưng tụ , không tạo

giọt bắn vào nụ và không làm hư hỏng nấm.

* Một số điểm lưu ý khi trồng nấm bào ngư:

Nhạy cảm với môi trường: Ngoài các tác nhân ảnh hưởng như nhiệt độ, độ ẩm,

pH, ánh sáng,.... nấm bào ngư đặc biệt nhạy cảm với tác nhân gây ô nhiễm môi

Trang 23

trường như hóa chất, thuốc trừ sâu, các kim loại nặng, kể cả trong nguyên liệu cũng

như không khí và môi trường xung quanh khu vực nuôi trồng. Trong điều kiện ô

nhiễm trên, tai nấm sẽ bị biến dạng hoặc ngừng tạo quả thể. Vì vậy, khi nấm bào

ngư phát triển tốt thì nấm thu hoạch được chắc chắn sẽ là một loại ra sạch.

Dịch bệnh gây hại nấm: Chủ yếu là mốc xanh Trichoderma và ấu trùng ruồi nhỏ.

Đối với mốc xanh, có thể hạn chế bằng cách khử trùng tốt nguyên liệu hoặc nâng

pH. Đối với ấu trùng ruồi nhỏ, để ngăn ngừa nhà trồng cần có lưới chắn và vệ sinh

nhà trại, không cho ổ dịch phát sinh.

Dị ứng do bào tử nấm bào ngư: Nếu hít phải có triệu chứng khó thở, có nhiều

vết đỏ ở tay, nhức đầu, ho và sốt. Khắc phục bằng cách đeo khẩu trang khi vào nhà

nuôi trồng, tưới ẩm cho nhà trồng.

Hình 2.1c Nhà trồng nấm bào ngư

Trang 24

2.2 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị từ xa

2.2.1 Công nghệ không dây X10

X10 là công nghệ điều khiển thiết bị điện kỹ thuật số. Khi mới ra mắt, X10 dựa

vào giao thức truyền tín hiệu trong đường điện. Các module X10 giao tiếp với nhau

qua mạng điện trong nhà. Nhà thông minh X10 được điều khiển hoàn toàn bằng mã

lệnh truyền trên cáp cấp nguồn điện đến từng thiết bị, theo nguyên tắc đặt mã là một

chữ cái từ A đến Z và chữ số từ 1 đến 16. Người dùng có thể thiết lập 256 mã lệnh

dựa vào lượng ký tự và chữ số. Mỗi mã mã lệnh có thể gán cho một hoặc nhiều thiết

bị với các lệnh điều khiển khác nhau (như bật, tắt…). Dần dần, công nghệ X10 đã

được cải tiến để sử dụng sóng radio nhiều hơn và cho phép điều khiển ngôi nhà

thông qua Internet. X10 tham gia vào mọi hệ thống điều khiển trong tòa nhà: như

Hệ thống điều hòa không khí, Hệ thống điều khiển ánh sáng, Hệ thống điều khiển

cổng vào/ra, Hệ thống điều khiển đảm bảo an toàn.

Hệ thống thiết bị của X10 bao gồm 1 bộ điều khiển từ xa nối với máy tính và 1

bộ nhận sóng radio để truyền và nhận tín hiệu X10 từ tất cả các module. Các

module lại có 1 module điều khiển đèn dây tóc (để chỉnh độ sáng), 1 module ngầm

điều khiển 2 đèn neon; 1 module điều khiển các thiết bị khác như bình nước nóng,

điều hoà, máy giặt… . Hệ thống còn có các bộ cảm ứng chuyển động để bật đèn ở

những chỗ thích hợp như cầu thang, nhà kho và module chuông chỉ hoạt động khi

cảm biến chuyển động phát hiện có người.

Có tuổi đời được hơn 40 năm, công nghệ này đã có bước chuyển biến lớn từ

điều khiển có dây sang không dây. X10 thường không được sử dụng cho các hệ

thống đòi hỏi tốc độ cao hoặc giao tiếp cực mạnh giữa các thiết bị trong hệ thống tự

động gia đình.

Ưu điểm: Ưu điểm lớn nhất của nhà thông minh X10 chính là mức giá thành không

quá đắt đỏ: Bạn có thể có một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh cho nhà mình với

chi phí chỉ trên dưới 1000 USD. Tuy nhiên, tính bảo mật và an ninh của công nghệ

này không cao, chủ yếu phù hợp với yêu cầu điều khiển các thiết bị gia dụng.

Nhược điểm:

- Nhiễu tín hiệu: Vì tín hiệu được truyền trên mạng lưới điện dùng chung nên rất

khó kiểm soát nếu các nhà gần nhau đều dùng thiết bị X10. Ngoài ra bản thân tín

Trang 25

hiệu điện cũng gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển. Do đó, nhà bạn có thể bị điều

khiển bởi một cậu bé hàng xóm hoặc bạn muốn đóng cửa nhưng đèn lại tắt mà

cửa vẫn cứ mở… Các nhà sản xuất đã cho ra đời thiết bị lọc nhiễu nhưng kết

quả là không hoàn hảo.

- Số lượng thiết bị hạn chế: 256 thiết bị cho mỗi mạng X10. Điều này khiến X10

chỉ phù hợp triển khai cho một biệt thự cỡ nhỏ.

- Không có tín hiệu phản hồi: Bản thân thiết bị X10 không có tín hiệu báo trạng

thái. Bạn sẽ không thể kiểm tra tình trạng của các thiết bị trong nhà một cách

chính xác: Đèn hành lang đang bật hay tắt, cửa đóng hay mở, TV nhà trên đã tắt

hay chưa… Có tồn tại những thiết bị X10 có khả năng báo trạng thái nhưng chi

phí cao

Hình 2.2a Sơ đồ tự động nhà thông minh với công nghệ X10

2.2.2 Công nghệ không dây Insteon

INSTEON là công nghệ mạng điều khiển thiết bị gia dụng không dây, là công

nghệ mang nhiều tính năng vượt trội dơn giản về cấu trúc, giá bán phù hợp dẽ dàng

tích hợp vào những thiết bị có sẵn tạo ra giá trị sử dụng cao.

Trang 26

Hình 2.2b Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ INSTEON

INSTEON là mạng mắt lưới thông minh mang nhiều tính năng đặc biệt, là sự

kết hợp giữa hệ thống thu phát điều khiển không dây và hệ thống dây dẫn điện hiện

tại trong nhà. INSTEON không dễ bị gây nhiễu như các hệ thống một băng tần

khác.

INSTEON ứng dụng công nghệ hiện đại nhất để tạo ra một mạng ngang hàng

thực sự đáp ứng được yêu cầu của mọi khách hàng. Tất cả các thiết bị của

INSTEON là ngang hàng nhau nên không cần thiết phải có thiết bị giám sát mạng đi

kèm cũng như bảng định tuyến và các thiết bị phức tạp khác.

Dễ dàng sử dụng

Mỗi thiết bị INSTEON có một địa chỉ ID thống nhất nên không cần thiết phải

đặt địa chỉ hay quy định mã. Kết nối giưa hai thiết bị INSTEON đơn giản bằng cách

nhấn nut On trên thiết bị thứ nhất khoảng 10 giây, sau đó lại nhấn nut “On” trên

thiết bị thứ hai 10 giây. INSTEON không cần bất cứ sự can thiệp nào của máy tính

vào mạng nên rất tiện lợi và dễ sử dụng.

Độ tin cậy cao

Độ tin cậy là tiêu chuẩn hàng đầu của hệ thống mạng INSTEON. Được xây

dựng trên nện tảng là mạng ngang hàng dạng mắt lưới, INSTEON khẳng định rằng

tất cả các tin xuất phát từ thiết bị đều đến đích. Nếu có một tin bi ngắt quãng thì sẽ

tự động truyền lại. Bởi vì tất cả các thiết bị INSTEON đều hoạt động giống như một

bộ lặp hai chiều nên mạng lưới INSTEON trở lên mạnh và rất đáng tin cậy.

Trang 27

Giá cả phù hợp

INSTEON là công nghệ có giá thành phù hợp, chấp nhận được để điều khiển

và tích hợp toàn bộ hệ thống chiếu sáng và thiết bị gia dụng. Giá cho một thiết bị

INSTEON đang dự kiến là không quá 30 USD.

Tốc độ truyền nhanh

INSTEON sử dụng công nghệ sử lý tín hiệu số hiện đại để mã hóa và truyền

bản tin. Cho pháp truyền với tốc độ cao các bản tin giữa hai thiết bị. Các bản tin

INSTEON đơn lẻ có thể chiếm đến 14 bytes dữ liệu để điều khiển các ứng dụng.

Có thể hoạt động chung với công nghệ X10

INSTEON cho phép hỗ trợ hoạt động chung với thiết bị dùng công nghệ X10.

Các mạng công nghệ X10 hiện nay có thể dẽ dàng tích hợp thêm thiết bị công nghệ

INSTEON. Nhưng lưu ý rằng các thiết bị INSTEON chỉ lặp và khuyếch đại tín hiệu

INSTEON chứ không phải là tín hiệu X10.

2.2.3 Công nghệ không dây Zigbee

ZigBee là hệ thống mạng không dây mở tương tự nhưng tốt hơn giao thức

Bluetooth. Bluetooth sẽ giao tiếp theo cặp thiết bị với nhau ít hơn bảy thiết bị trong

khi đó ZigBee có thể giao tiếp theo cặp với hàng trăm thiết bị.

ZigBee là một chuẩn không dây 802 của IEEE. Một trong những thành phần

chính của chuẩn này chính là IEEE 802.15.4 cho phép các thiết bị điện, cảm biến,

trong khoảng cách gần 10-100m trong một mạng lưới có thể giao tiếp ngang hàng

với nhau. ZigBee sử dụng rất ít năng lượng để vận hành.

Điểm hạn chế của ZigBee là các thiết bị được sản xuất từ các nhà chế tạo khác

nhau và không tương thích với nhau do ZigBee chỉ quy định tiêu chuẩn ở lớp giao

thức thấp (radio layer) và các nhà chế tạo khác nhau sẽ thiết kế các lớp phần mềm

khác nhau. Một hạn chế nữa của Zigbee là ít được nhà sản xuất hỗ trợ, do vậy tính

đổi lẫn nhau không cao. Bạn sẽ dễ bị dính chặt với một nhả sản xuất thiết bị nào đó.

Trang 28

Hình 2.2c Ứng dụng công nghệ ZigBee trong ngôi nhà thông minh

2.2.4 Công nghệ Z-wave

Z-Wave - công nghệ sử dụng sóng không dây thế hệ mới nhất cho phép các thiết

bị điện trong nhà có thể giao tiếp với nhau, các thiết bị giao tiếp với người sử dụng

thông qua các thiết bị điều khiển từ xa, máy tính, điện thoại thông minh, máy tính

bảng. Z-Wave được sử dụng đơn giản, ổn định, tin cậy, mức độ phát sóng radio gần

như bằng không (1/4.000 so với phát sóng radio của điện thoại di động). Z-Wave dễ

dàng truyền tín hiệu qua tường, sàn nhà và tủ... Z-Wave có thể điều khiển hầu hết

các thiết bị điện tử trong nhà, thậm chí những thiết bị được cho là không thông

minh như các thiết bị điện, rèm cửa sổ, điều hòa, chiếu sáng căn nhà.

Z-Wave tích hợp tất cả các thiết bị điện vào hệ thống mạng không dây trong

nhà. Hệ thống không yêu cầu lập trình phức tạp, không yêu cầu việc đi dây mới bổ

sung. Bất kỳ thiết bị Z-Wave có thể dễ dàng đăng nhập vào hệ thống mạng, các

thiết bị không sử dụng công nghệ Z-Wave có thể được làm tương thích với hệ thống

bằng việc sử dụng với các modul phụ Z-Wave. Các thiết bị được đăng nhập vào hệ

Trang 29

thống mạng và có thể giao tiếp không dây với các thiết bị Z-Wave khác và bộ điều

khiển.

Các điểm mạnh của Z-Wave còn đáp ứng cho các hệ thống phức tạp, tuy nhiên

việc sử dụng lại rất đơn giản giúp chủ nhà giảm các chi phí hóa đơn tiền điện.

Hệ thống làm việc qua điều khiển từ xa và sử dụng sóng radio công suất rất thấp

(1/4.000 công suất radio của điện thoại di động). Hệ thống mạng có cấu trúc mạng

lưới thông minh bao phủ toàn bộ các khu vực trong căn nhà, các tín hiệu sóng radio

có khả năng truyền qua các bức tường, sàn nhà, tủ gỗ tạo nên khả năng kết nối đảm

bảo độ tin cậy 100%.

Việc kết nối đơn giản này cho phép người sử dụng có thể bắt đầy lắp đặt hệ

thống cho căn nhà đơn giản và xây dựng hệ thống đầy đủ, phức tạp bằng việc bổ

sung thêm các thiết bị trên cơ sở nhu cầu theo thời gian.

Mỗi modul Z-Wave có thể hoạt động như bộ lặp tín hiệu và lệnh điều khiển có

thể định tuyến thông qua tới bốn thiết bị khác. Chức năng này cho phép thiết lập hệ

thống tối đa trong khoảng cách tới 120m. Các thiết bị bao gồm ổ cắm, công tắc,

chiết áp, điều khiển từ xa, các cảm biến, camera, bộ gateway có thể thiết lập các

cảnh, sự kiện, bộ thời gian theo nhu cầu mong muốn

Hình 2.2d Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ Z-Wave

Trang 30

2.2.5 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi

Wifi, đây chính là giao thức mạng chúng ta thường hay sử dụng hiện nay cho

chia sẻ kết nối giữa các máy laptop, game console và nhiều thứ khác. Wi-Fi có tốc

độ nhanh và phổ biến. Đó cũng là lý do tại sao nhiều nhà sản xuất thiết bị tự động

hay ưu tiên cho công nghệ này. Tuy nhiên, Wi-Fi lại dùng nhiều năng lượng và

băng thông hơn các giao thức khác.

Raspberry Pi là một máy tính giá rẻ, có kích thước cực kì nhỏ gọn, chỉ bằng một

thẻ tín dụng. Khi cắm màn hình (màn hình máy tính, tivi), chuột và bàn phím vào

Raspberry Pi để sử dụng như một chiếc máy tính thực thụ. Nó mở ra cho mọi người

ở tất cả lứa tuổi cơ hội để khám phá máy tính, tìm hiểu và lập trình bằng nhiều ngôn

ngữ khác nhau, chẳng hạn như Scratch, Python, PHP, …. Nó có khả năng làm được

mọi thứ như một máy tính để bàn, từ trình duyệt web, xem video độ nét cao, xử lý

bảng tính (spreadsheets), xử lý văn bản (word processing) và thậm chí là chơi game.

Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay.

Raspberry Pi không hỗ trợ chạy hệ điều hành Windows vì BCM2835 dựa trên cấu

trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các

tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác. Tuy nhiên

Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá

thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, thiết lập hệ thống tính toán

rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình …

Ngoài ra, Raspberry Pi còn có khả năng tương tác với nhiều thứ, nó được sử

dụng trong hàng loạt các dự án kỹ thuật số, chẳng hạn như thiết bị nghe nhạc, trạm

thời tiết,… Đặc biệt có thể lập trình dễ dàng điều khiển công tắt đóng mở thiết bị

thông qua các chân tính hiệu và thiết lập kết nối wifi.

Raspberry Pi lấy nguồn cấp từ cổng micro USB vì thế bộ nguồn cung cấp cho

Raspberry Pi phải có đầu ra với điện áp 5V, công suất từ 700mAh

Nếu ta định hướng tới những dự án cao cấp hơn như điều khiển máy chủ file

hoặc những thiết bị theo dõi khác, cần phải lắp thêm những thiết bị vào để thiết lập

Raspberry Pi và chạy nó.

Trang 31

Hình 2.2e Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+

Raspberry Pi được sử dụng trong đề tài là Model B+:

- SoC 700MHz với 512MB RAM

- 01 cổng HDMI cho đầu ra âm thanh/video số

- GPIO: 40 chân.

- Cổng USB 2.0: 4 cổng.

- 01 cổng video RCA cho đầu ra video Analog

- Jack Headphone Stereo 3.5mm cho đầu ra âm thanh Analog

- 01 cổng Ethernet LAN.

- Khe cắm thẻ nhớ microSD: thay bằng loại khe cắm nhấn đẩy. Tiết kiệm điện

năng hơn: năng lượng điện tiêu thụ chỉ dao động trong mức từ 0,5 - 1 W.

- Chất lượng âm thanh: bằng cách bổ sung nguồn điện riêng với độ ồn thấp.

- Tích hợp cổng video vào cổng âm thanh 3.5mm

* Một số ưu nhược điểm của Raspberry Pi Ưu điểm:

- Giá rẻ.

- Nhỏ gọn.

- Siêu tiết kiệm điện.

- Phục vụ cho nhiều mục đích.

- Khả năng hoạt động liên tục 24/7.

- Dễ dàng cài đặt

Nhược điểm: - CPU cấu hình thấp .

Trang 32

- Không có tích hợp WiFi (có thể mua USB WiFi rời gắn vào).

- Yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về Linux, điện tử.

2.3 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỹ thuật tổng quát

Để vận hành hệ thống ta cần phải tìm hiểu và bố trí các thiết bị hỗ trợ chăm sóc

nấm bên trong nhà nấm một cách thích hợp

2.3.1 Bố trí hệ thống tưới tự động cho nhà nấm

Trong quá trình chăm sóc nấm giai đoạn ươm mầm đến giai đoạn cuối thu

hoạch, cần phải tưới nước thường xuyên và kịp thời. Hệ thống tưới tự động giúp

giảm thiểu được nhân viên xịt tưới nước thường xuyên.

Theo như một nông dân trồng nấm cho biết: Trước đây khi chưa có hệ thống

tưới tự động, cơ sở phải có 5 nhân viên thay phiên nhau dùng bịt xịt phun nước tưới

các nhà ươm trồng nấm. Từ khi sử dụng hệ thống tưới nước tự động, cơ sở chỉ cần

có 1 nhân viên phụ trách điều khiển hệ thống tưới. Ngoài ra sau một thời gian đưa

vào sử dụng hệ thống tưới tự động, năng suất nấm tăng hơn so với trước, lượng

nước sử dụng được tiết kiệm hơn.

Hình 2.3a: Lắp đặt hệ thống tưới tự động cho nhà nấm

Trang 33

2.3.2 Bố trí quạt hút, quạt thổi, máy phun nước trên mái nhà để hạ nhiệt độ

Cần duy trì nhiệt độ trong nhà nấm luôn ở mức 26 - 29 độ C, đây là môi trường

nhiệt độ tốt nhất cho sự phát triển phôi nấm. Cần trang bị máy bơm nước lên mái

nhà để hạ nhiệt độ

Hình 2.3b Sơ đồ bố trí vòi phun nước tự động

2.3.3 Bố trí lắp đặt máy phun sương để tăng độ ẩm không khí trong nhà nấm

Nấm rất ưa ẩm (độ ẩm tốt nhất khoảng 80%), do vậy người trồng nấm quan tâm

đầu tiên là làm sao khống chế được lượng nước tưới, tạo ra độ ẩm cần thiết, phù

hợp với từng giai đoạn phát triển của nấm. nếu gặp thời tiết hanh khô, nắng nóng thì

phải sử dụng vòi phun sương bơm từ 2-3 lần và phun trực tiếp vào các giá thể nấm

Trang 34

Hình 2.3c Hệ thống tưới phun tự động tại nhà nấm

2.4 Đề xuất công nghệ

Sau qua trình tìm hiểu các công nghệ điều khiển thiết bị ở trên, luận văn sẽ chọn

theo hướng công nghệ wifi kết hợp bo mạch Raspberry Pi để thực hiện nghiên cứu

đề tài này và phát triển thành hệ thống hoàn chỉnh hỗ trợ cho việc trồng nấm, sẽ ứng

Trang 35

dụng thử nghiệm thực tế tại một nhà trồng nấm Nhơn Trạch-Đồng Nai và hy vọng

sẽ đưa vào ứng dụng rộng rãi trong tương lai gần.

Thông thường, các hệ thống điện được đi dây và được thiết kế trong giai đoạn

chuẩn bị xây dựng căn nhà. Với công nghệ wifi cho phép lắp đặt hệ thống mà

không cần phải khoan tường đi lại dây điện.

Hơn nữa chi phí giá thành cho hệ thống với công nghệ wifi kết hợp bo mạch

điều khiểm Raspberry Pi thực tế rất rẻ so với các công nghệ khác.

2.5 Phần mềm cho hệ thống điều khiển

2.5.1 Web IOPI

Là một ứng dụng web để tương tác với bo mạch Raspberry Pi đều khiển các

thiết bị điện từ xa có tên là Web IOPI. Nó cho phép chúng ta điều kiển các chân của

bo mạch Raspberry Pi thông qua mạng bằng cách sử dụng trình duyệt web.

Ngôn ngữ lập trình cho Web Ipoi tương tác với bo mạch Raspberry Pi là python.

2.5.2 Web giao diện người dùng

Được viết bằng ngôn ngữ asp.net, có nhiệm vụ giao tiếp với người dùng để

quyền chuyển điều khiển của các thiết bị từ chế độ tự động sang chế độ thủ công.

Trang chủ thể hiện các hình nấm mẫu tương ứng với các tình trạng của nhà nấm.

Với mỗi nhà nấm, tình tạng nhà nấm được thể hiện thông qua màu sắc để chủ nhà

nấm dễ dàng quan sát

Nhà nấm màu xanh: Nhà nấm đang trong tình trạng bình thường nghĩa là các

thông số về nhiệt độ, độ ẩm được cập nhật về hệ thống đều tốt.

Nhà nấm màu vàng: Nhà nấm nào có vấn đề, nghĩa là độ ẩm hoặc nhiệt độ

không khớp với yêu cầu. Việc này khiến người quản lý dễ dàng quan sát

nhiều nhà nấm cùng lúc.

Nhà nấm màu đỏ: Nếu trong 15 phút mà các thông số nhiệt độ, độ ẩm bên

trong nhà nấm vẫn không đáp ứng được nhu cầu của nấm. Khi nhà nấm hiển

thị tình trạng màu đỏ thì người quản lý phải kiểm tra nhà nấm đó xem có vấn

đề gì với hệ thống hay không, để tìm hướng giải quyết.

Trang 36

Hình 2.5a: Giao diện web điều khiển và hiển thị tình trạng với các màu khác nhau

Những nút Auto/Manual thể hiện trạng thái của các thiết bị trong nhà nấm. Ngay

khi nhân viên bấm vào nút “Manual” thì trạng thái sẽ được cập nhật vào CSDL, hệ

thống sẽ báo rằng nhà nấm này đang được điều khiển bằng tay.

Sau khi đã điều khiển thành công người quản lý sẽ trả lại quyền tự điều khiển

bằng cách nhân vào nút “Auto”

Trang 37

2.5.3 Ứng dụng giao diện người dùng trên điện thoại di động

Hình 2.5b Giao diện chính trên điện thoại di động

- Ứng dụng được viết chạy trên các thiết bị di động cài hệ điều hành Android.

- Màn hình giao diện chính của hệ thống được xây dựng có đầy đủ các chức

năng sau:

Hệ thống chạy ở chế độ tự động: Khi nhấn nút AUTO, chế độ tự động

được thực hiện theo nguyên tắc sau:

+ Quạt thổi để giảm nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng quá nóng đến 1 ngưỡng

nào đó, hệ thống tự động bật quạt thổi để giảm nhiện độ nhà nấm (Hệ

thống kích hoạt bật Rờ le 4). Khi nhiệt độ giảm xuống dưới ngưỡng này

thì hệ thống tự động tắt quạt thổi (Tắt rờ le 4)

+ Đèn chiếu sáng để tăng nhiệt độ: Khi nhiệt độ giảm đi quá lạnh đến 1

ngưỡng nào đó, hệ thống tự động bật đèn chiếu sáng để làm tăng nhiệt độ

nhà nấm (Bật Rờ le 1). Khi nhiệt độ tăng trở lại trên ngưỡng này thì tắt

đèn chiếu sáng (Tắt Rờ le1)

Trang 38

+ Quạt hút để giảm độ ẩm: Khi độ ẩm quá nhiều lớn hơn mức cho phép

hệ thống tự động bật quạt hút để giảm độ ẩm (Bật/Tắt rờ le 3)

+ Máy phun sương để tăng độ ẩm: Khi độ ẩm quá ít dưới ngưỡng cho

phép, hệ thống tự động bật máy phung sương để tăng độ ẩm (Bật/tắt Rờ

le 2).

+ Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm được hệ thống đo bằng thiết bị cảm biến

DHT11.

Hệ thống chạy ở chế độ thủ công (manual): Khi nhấn nút Manual, hệ

thống sẽ không chạy tự động, tức là thiết bị cảm biến sẽ không tác động

kích hoạt các rờ le để bật/tắt các thiết bị nữa, mà để cho người dùng tự

bật/tắt thiết bị thông qua các nút nhấn trên màn hình điện thoại di động.

+ Trên giao diện màn hình di động có các nút On/Off để bật/tắt các thiết bị

như Đèn, quạt hút, quạt thổi, máy phun sương.

2.5.4 Cơ sở dữ liệu:

Cơ sở dữ liệu được xây dựng sử dụng SQLite để lưu trữ các bảng thiết kế liên

quan đến các thiết lập thông số môi trường. Bao gồm các bảng:

- NHANAM: Key, SoTT, Loainam, Dotuoi, NhietdoMin, NhietdoMax,

DoAmMin, DoAmMax, Guitinnhan, Tudong. Bảng này lưu trữ các thông số

được thiết lặp để điều khiển thiết bị tùy theo từng loại nấm, độ tuổi của nấm

mà ta có các thông số môi trường khác nhau.

Trang 39

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1 Mô hình hệ thống

3.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống

Hình 3.1a Mô hình hoạt động của hệ thống

Hệ thống xây dựng tương tác với bộ điều khiển sử dụng bo mạch Raspberry Pi

để tương tác với các thiết bị điện trong nhà nấm.

Hệ thống gồm 2 phần xử lý chính:

Phần 1: Xử lý tương tác giữa người dùng với hệ thống.

Hệ thống cung cấp giao diện web hỗ trợ trên nền tảng thiết bị di động giúp cho

người dùng tương tác với hệ thống một cách dễ dàng ở mọi lúc mọi nơi. Bên cạnh

đó, hệ thống cũng cung cấp ứng dụng trên điện thoại di động chạy hệ điều hành

Android, giúp người dùng tương tác điều khiển thiết bị một cách dễ dàng.

Phần 2: Xử lý chức năng hệ thống điều khiển các thiết bị điện

Chức năng điều khiển thiết bị điện được xử lý bởi bo mạch Raspberry Pi tương

tác với ứng dụng web WebIopi đểu điều khiển hệ thống. Đó cũng là nơi lưu trữ

thông tin người dùng, lưu trữ các thiết lập của người dùng vào cơ sở dữ liệu. Bộ

điều khiển trung tâm sẽ điều khiển các thiết bị được gắn kết trong hệ thống và dễ

dàng xem trạng thái, điều khiển, tương tác đến từng thiết bị trong hệ thống.

Trình duyệt web

Ứng dụng trên điện thoại di động

(Android)

Hệ thống

Controller WebIopi

Raspberry Pi

Thiết bị 1

Thiết bị 2

Thiết bị 3 Cảm biến

nhiệt độ, độ ẩm

Http

Trang 40

3.1.2 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa cơ bản

Hình 3.1b Mô hình điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa

- (1): Người dùng tương tác với các thiết bị thông qua giao diện trình duyệt

hoặc tương tác trên thiết bị di động

- (2): WebIopi đóng vai trò tương tác với người dùng

- (3): WebIpoi tiếp nhận các yêu cầu từ người dùng và chuyển tiếp đến

controller xử lý.

- (4): Controller thiết lập các chân của bo mạch Raspberry Pi để tương tác với

các replay tương ứng bật/tắt các thiết bị.

- (5): Các relay bật/tắt các thiết bị tương ứng.

3.1.3 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa bán tự động

WebIopi

Controller (Raspberry Pi)

Relay

HTTP (2)

(3)

(4)

(5)

Thiết bị điện

Trang 41

Hình 3.1c Mô hình điều khiển từ xa bán tự động của hệ thống

- (1): Dựa vào những thiết lập sẵn, hệ thống yêu cầu cảnh báo đến điện thoại

di động của người dùng.

- (2): Từ cảnh báo, người sử dụng xác nhận thực hiện với hệ thống là điều

khiểu thủ công hay tự động. Hệ thống xử lý yêu cầu: Nếu hệ thống không

nhận được trả lời của người dùng trong khoảng thời gian quy định sẵn, thì hệ

thống tự động thực thi bước tiếp theo mà không chờ phản hồi từ người sử

dụng, tức là hệ thống tự chuyển sang chế độ điều khiển tự động.

- (3): Hệ thống đọc các thông số nhiệt độ min, max, độ ẩm min, max được

thiết lập trong cơ sở dữ liệu của người dùng để xác định thông số ngưỡng

môi trường.

- (4): Bộ phận cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường bên ngoài

WebIopi

Controller (Raspberry Pi)

Relay

HTTP

(2

(4)

(5)

(6)

(1)

(7)

(3)


Trang 42

- (5): Tùy theo nhiệt độ, độ ẩm môi trường vượt mức ngưỡng cho phép, bộ

phận cảm biến sẽ tác động đến bộ điều khiển.


các replay tương ứng bật/tắt các thiết bị


3.1.4 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa tự động

Hình 3.1d Mô hình điều khiển từ xa tự động của hệ thống



môi trường




Controller (Pi)

Relay

HTTP (3)

(4)

(5)

(2)


(1)

Trang 43




3.1.5 Mô hình thiết lập các thông số môi trường theo độ tuổi của nấm thông qua

qua camera nhận dạng tai nấm.

Hình 3.1e Mô hình điều khiển tự động với camera nhận dạng tai nấm

- (1.1) và (1.2): Hệ thống thông qua camera nhận dạng tai nấm, từ đó so sánh

với một số hình ảnh tai nấm mẫu tương ứng để xác định độ tuổi của nấm.

Qua đó xác định được các thông số min, max của môi trường đồng thời cập

nhật vào cơ sở dữ liệu.

Controller (Pi)

Relay

HTTP (4)

(5)

(6)

(3)


(2)

(1.2)

(1.1)

Trang 44



môi trường







3.2 Thiết lập các mức độ điều khiển của hệ thống

3.2.1 Cấp độ 1 - Hệ thống điều khiển bật/tắt các thiết bị điện cơ bản

Cấp độ đầu tiên này, hệ thống sẽ cung cấp giải pháp nhằm đáp ứng nhu cầu cơ

bản trong việc tắt/mở các thiết bị điện trong nhà nấm. Mức độ này có thể xem như

điều khiển cơ bản nhất.

Thỉnh thoảng chủ nhà nấm có việc đi xa khỏi nhà, hệ thống cung cấp cho giải

pháp tiện lợi và dễ dàng thực hiện việc tắt/mở các thiết bị điện trong nhà nấm trực

tiếp trên điện thoại di động một cách dễ dàng. Chủ nhà nấm chỉ cần dùng thiết bị di

động truy cập vào website hoặc chạy ứng dụng trên điện thoại di động và thực hiện

tắt/mở các thiết bị điện trong nhà nấm mà không cần phải đến nơi đặt những công

tắt mất thời gian.

Chức năng hệ thống:

Xem thông số môi trường tại nhà nấm

1. Xem thông số nhiệt độ hiện tại của nhà nấm

2. Xem thông số độ ẩm hiện tại của nhà nấm

Xem trạng thái hoạt động của các thiết bị điện trong nhà nấm:

1. Xem trạng thái đèn chiếu sáng trong các nhà nấm 1, 2, 3

2. Xem trạng thái máy phun sương 01 dãy nhà nấm A.

3. Xem trạng thái máy phun sương 02 dãy nhà nấm B.

4. Xem trạng thái máy bơm nước.

5. Xem trạng thái quạt hút, quạt thổi

Trang 45

Tắt/mở trực tiếp các thiết bị điện bằng công tắc:

1. Tắt/mở đèn đèn chiếu sáng trong các nhà nấm 1, 2, 3

2. Tắt/mở máy phun sương 01 dãy nhà nấm A.

3. Tắt/mở máy phun sương 01 dãy nhà nấm B.

4. Tắt/mở máy bơm nước.

5. Tắt/mở quạt hút, quạt thổi.

Tắt/mở các thiết bị điện qua thiết bị di động.

1. Tắt/mở đèn đèn chiếu sáng trong các nhà nấm 1, 2, 3

2. Tắt/mở máy phun sương 01 dãy nhà nấm A.

3. Tắt/mở máy phun sương 01 dãy nhà nấm B.

4. Tắt/mở máy bơm nước.

5. Tắt/mở quạt hút, quạt thổi.

Sơ đồ hệ thống:

Hình 3.2a: Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 1

Trang 46

Mô tả hệ thống:

(1): Người dùng thao tác trên điện thoại di động bằng cách nhấn các nút On/Off

tương ứng với các thiết bị trên ứng dụng điện thoại di động. Yêu cầu sẽ gửi đến hệ

thống.

(2): Hệ thống xử lý yêu cầu.

(3), (4): Bộ điều khiển trung tâm sẽ thực hiện việc tắt/mở bóng đèn thông qua Rờ le

công tắc.

3.2.2 Cấp độ 2 - Hệ thống điều khiển hẹn giờ

Ở cấp độ 2, giải pháp này cung cấp những chức năng tự động và tăng tính tiện

ích cho việc quản lý nhà nấm. Với cấp độ này, chủ nhà nấm có thể thiết lập chế độ

tự động bật/tắt thiết bị điều khiển thông qua hẹn giờ. Hệ thống đọc và so sánh giờ

hiện tại của bộ điều khiển trung tâm để tự động bật/tắt thiết bị.


Ngoài các chức năng đã có ở cấp độ 1. Ở cấp độ 2 bổ sung thêm chức năng sau:

Hẹn giờ Tắt/mở các thiết bị điện

Hình 3.2b Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 2

Trang 47


(1) (2): Dựa vào những thiết lập hẹ giờ định sẵn, hệ thống tự động xử lý yêu cầu .

(3) (4) Bộ điều khiển trung tâm sẽ thực hiện việc tắt/mở bóng đèn thông qua Rờ le

công tắc.

3.2.3 Cấp độ 3 - Hệ thống điều khiển tự động

Ở cấp độ này, hệ thống sẽ điều khiển các thiết bị một cách tự động tùy theo sự

biến đổi khí hậu của môi trường bên trong nhà nấm.

Ở cấp độ này, cải tiến hơn mức độ 2 là hệ thống có tích hợp thêm những bộ cảm

biến thông minh như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, cảm biến chuyển động...

giúp cho hệ thống điều khiển thông minh hơn, tùy thuộc vào môi trường.


Ngoài các chức năng đã có ở cấp độ 1, cấp độ 2. Ở cấp độ 3 bổ sung thêm chức

năng sau:

Thiết bị cảm biến thông minh cho phép hệ thống tự động tắt/mở, điều

chỉnh phun sương và nhiệt độ khi cần thiết.

1. Tự động mở máy phun sương khi độ ẩm xuống dưới 70% và tự động

tắt khi độ ẩm lớn hơn 90%.

2. Tự động bật máy bơm nước hạ nhiệt độ khi nhiệt độ lớn 30oC và tự

động tắt nếu nhiệt độ dưới 30oC

3. Tự động bật đèn chiếu sáng sưởi ấm để tăng nhiệt độ khi nhiệt độ nhỏ

26oC và tự động tắt nếu nhiệt độ trên 26oC

Trang 48

Sơ đồ hệ thống:

Hình 3.2c Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 3


(1): Bộ cảm biến thông minh gửi kết quả cảm biến về hệ thống.

(2): Hệ thống so sánh thông số cảm biến với thông số được thiết lập trong cơ sở dữ

liệu.

(3): Hệ thống xử lý kết quả cảm biến và thực hiện yêu cầu cần thiết theo những thiết

lập được cài đặt sẵn.


công tắc.

Trang 49

3.2.4 Cấp độ 4-Hệ thống cảnh báo và kiểm soát hoạt động các thiết bị qua camera

Ở cấp độ này, thông qua các cảm biến, camera quan sát, hệ thống kiểm soát và

cảnh báo được tình trạng hoạt động của các thiết bị cho chủ nhà nấm như: Thiết bị

hoạt động không đúng chức năng, thiết bị không hoạt động để chủ nhà nấm có

những phương án xử lý kịp thời.


Ngoài các chức năng đã có ở cấp độ 1, cấp độ 2, cấp độ 3. Ở cấp độ 4 bổ sung

thêm những chức năng sau:

Cảnh báo tình trạng tắt/mở các thiết bị điện cho người dùng

1. Cảnh báo nhắc nhở tình trạng máy bơm nước khi bơm quá 30 phút.

2. Cảnh báo nhắc nhở tình trạng máy phun sương hoạt động quá 15 phút

mà độ ẩm vẫn chưa tăng, nhiêt độ vẫn chưa giảm

3. Cảnh báo tình trạng nhiệt độ tăng quá mức độ cho phép quá phút mà

hệ thống bơm vẫn chưa hoạt động

Hình 3.2d Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 4

Trang 50


(1): Camera quan sát tình trạng hoạt động của các thiết bị điện trong nhà nấm

(2) : Camera gửi kết quả về hệ thống.

(3): Hệ thống hiển thị tình trạng hoạt động của các thiết bị cho người dùng.

(4): Hệ thống thực hiện yêu cầu cần thiết theo những thiết lập được cài đặt sẵn.


công tắc.

3.2.5 Cấp độ 5-Hệ thống điều khiển thông minh với camera nhận dạng tai nấm

Ở cấp độ này, hệ thống đạt được một tầm cỡ “thông minh” hơn. Mỗi giai đoạn

phát triển của tai nấm đòi hỏi phải có sự thiết lập thông số môi trường nhiệt độ, độ

ẩm nhất định. Hệ thống nhận dạng tai nấm qua camera giám sát và nhận dạng để

xác định độ tuổi của nấm, từ đó thiết lập thông số môi trường cho hệ thống thích

hợp.

Chức năng hệ thống

Ngoài các chức năng đã có ở cấp độ 1, cấp độ 2, cấp độ 3, cấp độ 4. Ở cấp độ 5

bổ sung thêm những chức năng sau:

Nhận dạng tai nấm, từ đó xác định độ tuổi của nấm

Cập nhật cơ sở dữ liệu thông số nhiệt độ, độ ẩm min/max vào cơ sở dữ

liệu để hệ thống điều khiển thiết bị tương đối phù hợp hơn.

Sơ đồ hệ thống

Trang 51

Hình 3.2e Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 5

Mô tả hệ thống

(1): Camera quan sát tình trạng hoạt động của các thiết bị điện trong nhà nấm

(2) : Camera gửi kết quả về hệ thống.

(3): Hệ thống hiển thị tình trạng hoạt động của các thiết bị cho người dùng.

(4): Hệ thống thực hiện yêu cầu cần thiết theo những thiết lập được cài đặt sẵn.

(5) (6): Bộ điều khiển trung tâm sẽ thực hiện việc tắt/mở bóng đèn thông qua Rờ le

công tắc.

3.3 Xây dựng và thiết lập hệ thống

3.3.1 Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi

Có nhiều loại hệ điều hành có thể chạy được trên Raspberry Pi như: Raspbian,

Ubuntu Mate, OpenELEC, Pidora,… tùy theo mục đích sử dụng mà lựa chọn. Ở

đây ta dùng để điều khiển và giao tiếp với PC, nên sử dụng hệ điều hành raspbian.

Có thể tải bản mới nhất tại trang raspberrypi.org. Raspbian là một phiên bản của

Linux Debian thiết kế đặc biệt để sử dụng trên Pi. Raspbian cũng được khuyến

khích cho người dùng Pi mới làm quen với các thiết bị và hệ điều hành Linux. Các

bước cài đặt Raspbian chi Raspberry pi như sau:

- Download Raspbian mới nhất tại: https://www.raspberrypi.org/downloads/

Trang 52

- Sau khi download về giải nén ra được file có tên theo dạng: 2015-05-05-

raspbian-wheezy.img

- Nếu cài đặt trên máy tính Windows: Download phần mềm ghi file ảnh đĩa,

thường dùng Win32DiskImager

(http://sourceforge.net/projects/win32diskimager) và cài đặt vào máy tính. Chạy

Win32DiskImager:

Hình 3.3a Chọn đường dẫn cài hệ điều hành Raspbian

Chọn file ảnh đĩa (Image file) và thẻ nhớ (Device) và kích nút Write. Chờ cho

ghi xong. Lấy thẻ nhớ gắn vào RPI, cắm nguồn vào RPI.

- Sau khi ghi xong hệ điều hành, ta vào file cmdline.txt trong thư mục thẻ nhớ,

ghi vào cuối nội dung file dòng ip=192.168.x.x

- Rút thẻ nhớ, cắm vào kit , kết nối dây RJ45 với máy tính, cấu hình cho cổng

LAN của máy tính có địa chỉ ip trùng với dãy ip mà ta cài đặt trong cmdline.txt.

- Dùng phần mềm putty, kết nối tới kit để tiến hành chỉnh sửa, cài đặt remote

control.

- Sau khi putty xuống kit, đăng nhập với quyền pi , mật khẩu là raspberry. Ta

bấm lệnh sudo passwd root để cài pass cho quyền root của kit.

- Thoát putty, rồi login lại bằng quyền root. Kiểm tra kết nối wifi của máy tính

bằng lệnh ipconfig trong cmd của win. Ghi nhớ dãy ip của wifi.

- Tiến hành chỉnh sửa địa chỉ ip cho kit theo dãy ip của wifi bằng lệnh

sudo nano /etc/network/interfaces

Trang 53

Hình 3.3b Thông số mạng

Bấm ctrl+o để lưu, ctrl+x để thoát

- Tiếp tục, ta chỉnh DNS cho kit bằng lênh

sudo nano /etc/resolv.conf

thêm vào nội dung file dòng lênh nameserver 8.8.4.4 . Lưa file và thoát.

- Tiếp theo ta xóa dòng ip đã chỉnh trong file cmdline.txt bằng lệnh

sudo nano /boot/cmdline.txt

- Reboot lại kit bằng lệnh

sudo reboot

- Chỉnh lại cấu hình ip cổng LAN của pc sang auto, tiến hành bridge wifi và

cổng LAN.

- Login vào putty bằng ip đã cấu hình cho kit. Cài đặt remote control bằng

lệnh.

sudo apt-get install xrdp

Sau khi cài đặt xong, dùng remote control trên pc để login vào giao diện của hệ

điều hành raspbian

3.3.2 Cập nhật Raspberry Pi config:

Sau khi cài đặt xong, RPI sẽ khởi động vào màn hình cấu hình raspi-config.

Trường hợp RPI không vào màn hình raspi-config như trên mà vào dấu nhắc dạng

sau:

pi@raspberrypi~$

thì ta đánh câu lệnh sau để vào màn hình raspi-config: sudo raspi-config

Trang 54

Hình 3.3c Màn hình Terminal của Pi để gõ lệnh config

- Mặc định sau khi cài đặt xong ta sẽ đăng nhập với user name là pi, password

là raspberry tên máy là raspberrypi. Tuy nhiên, ta có thể thay đổi các thông

tin này.

- Đặt lại tên máy:

Trên màn hình raspi-config, chọn: Advanced Option => A2 Hostname. Nhập

tên máy và Enter.

Hình 3.3d Chọn cấu hình để đặt tên máy

- Đổi password mặc định:

Trên màn hình raspi-config, chọn Change User Password và Nhập password

hai lần.

Trang 55

Hình 5.3e Cấu hình thay đổi mật khẩu

- Xác định khi khởi động vào chế độ dòng lệnh (Text) hay đồ họa (GUI)

Trong quá trình cài đặt hệ điều hành, ta cần thao tác trực tiếp với RPI nên phải

kết nối bàn phím, con chuột và màn hình với RPI để cài đặt ban đầu. Sau khi đã cài

đặt được SSH ta không cần thao tác trực tiếp với RPI mà có thể dùng SSH điều

khiển RPI từ xa, tức là khi đó chỉ cần RPI kết nối mạng, không cần gắn bàn phím,

con chuột, màn hình vào RPI.

Việc khởi động vào chế độ đồ họa không có tác dụng đáng kể nào trong khi làm

tiếu tốn lượng tài nguyên không nhỏ của RPI (mà RPI vốn dĩ không có nhiều tài

nguyên – cả về RAM và năng lực xử lý). Do đó, ta thường khởi động RPI vào chế

độ dòng lệnh.

Để khởi động vào chế độ dòng lệnh: trong raspi-config, chọn Enable Boot to

Desktop/Scratch/…

Trang 56

Hình 5.3f Cấu hình chọn chế độ khởi động

Sau đó chọn Console Text console, requiring login (default):

Hình 5.5g Cấu hình chọn chế độ khởi động tiếp theo

- Xác định múi giờ, kiểu bàn phím, ngôn ngữ:

+ Xác định ngôn ngữ

Trang 57

Trong raspi-config, chọn Internationalisation Options => Change Locale để

thay đổi ngôn ngữ. Thiết lập ngôn ngữ mặc định của RPI là en_GB.UTF-8 UTF-8

(tiếng Anh – Anh, dùng mã unicode UTF8).

Ta nên đổi thành en_US.UTF-8 UTF-8 (tiếng Anh – Mỹ, dùng mã unicode

UTF8). Có tiếng Việt (vi_VN.UTF-8 UTF-8) tuy nhiên nếu chưa có kinh nghiệm

với vấn đề ngôn ngữ trên linux thì không nên sử dụng.

Tìm tới dòng en_GB.UTF-8 UTF-8, dùng phím Space để bỏ dấu * tại đó. Tìm

tiếp xuống tới en_US.UTF-8 UTF-8, dùng phím Space để đánh dấu * vào dòng đó,

xong Enter.

Hình 5.5h Cấu hình chọn ngôn ngữ

+ Xác định múi giờ

Để thay đổi múi giờ. Trong raspi-config, chọn Internationalisation Options =>

Change TimeZone

Màn hình sau xuất hiện cho phép chọn vùng địa lý, ta tới dòng Asia (vì Việt

Nam nằm ở Châu Á) và gõ Enter:

Trang 58

Hình 5.5i Cấu hình chọn múi giờ

Tiếp tục tìm dòng Ho_Chi_Minh và gõ Enter để chọn.

Hình 5.5j Cấu hình chọn múi giờ HCM

- Đổi password của root

Dùng lệnh sudo passwd root và nhập password hai lần giống nhau.

Trang 59

Hình 5.5k Cấu hình thay đổi password của root

SSH cho phép làm việc với RPI từ xa (trên máy tính hoặc trên điện thoại) bằng

dòng lệnh qua mạng LAN.

Để sử dụng SSH cần có SSH server (trên RPI) và SSH client (trên máy tính

bàn). RPI hỗ trợ sẵn SSH server nên chỉ caần chó phép (bật) là được. Trên máy tính

bàn cần tải một phần mềm SSH client nào đó.

Trong raspi-config, chọn Advanced Options => A4 SSH => chọn Yes để cho

phép SSH.

Hình 5.5L Cấu hình chon phép chọn SSH

Sau đó trên máy tính Windows, download một phần mềm SSH, đa số đều chọn

Putty vì nhẹ, đủ chức năng và không cần cài đặt. Có thể download Putty tại đây:

http://the.earth.li/~sgtatham/putty/latest/x86/putty.exe (trang chủ là putty.org).

Kết nối RPI vào mạng (cắm cáp mạng vào cổng LAN trên RPI).

Chạy Putty, màn hình sau xuất hiện:

Trang 60

Hình 5.5m Cấu hình phần mềm Putty

Nhập địa chỉ IP của RPI hoặc tên RPI (mặc định là raspberrypi) vào ô Host

Name or IP address. Ô Port (Cổng) nhập 22. Kích chuột vào Open. Nếu kết nối

thành công sẽ thấy cửa sổ dạng sau:

Hình 5.5n Login vào phần mềm Putty

Nhập username (mặc định là pi) Enter rồi nhập password (nếu chưa thay đổi thì

là raspberry). Sau khi đăng nhập thành công màn hình Putty có dạng sau:

Trang 61

Hình 5.5o Màn hình hiển thị của phần mềm Putty

Lúc này ta có thể làm việc với RPI qua dòng lệnh.

Muốn thoát khỏi Putty, đánh exit tại dòng lệnh

- Tắt RPI

Tắt RPI không giống như với máy tính thông thường.

Trong Putty, gõ lệnh: sudo shutdown now

Chờ một lúc, không có gì cho biết đến lúc nào là được, quan sát đèn màu xanh

(đèn đọc, ghi thẻ nhớ), nếu thấy tắt lâu lâu một chút thì rút nguồn để tắt RPI.

3.3.3 Cài đặt Web Iopi

- Bước 1: Tải file cài đặt mới nhất tại địa chỉ

http://sourceforge.net/projects/webiopi/files/

- Bước 2: Cài đặt chương trình WinsCP để copy file giữa máy tính và

Raspberry Pi. Sử dụng chương trình WinsCP để copy file vừa mới tải ở

bước 1 vào thư mục Desktop của kit Pi

- Bước 3: Remote control vào kit Pi, mở terminal lên (yêu cầu kit phải đang

nối mạng). Vào thư mục chứa file WebIopi vừa mới copy ở bước 2 bằng

lệnh: CD Desktop

Trang 62

Hình 5.5p Màn hình Terminal của Pi

- Bước 4: Giải nén file webiopi bằng lệnh : tar xvzf WebIOPi-0.7.1.tar.gz

- Bước 5: Mở thư mục đã giải nén bằng lệnh: cd WebIOPi-0.7.1

- Bước 6: Gõ tiếp lệnh sau để cài đặt: sudo ./setup.sh

Tiến hành quá trình cài đặt. Khi đến màn hình sau đây thì tắt terminal và reboot

lại kit Pi.

Hình 5.5q Màn hình Terminal reboot kit Pi

3.3.4 Sử dụng WebIopi

- Bước 1: Login máy tính và Kit vào chung một modem.

Trang 63

- Bước 2: Mở terminal trên kit, khởi động webiopi bằng lệnh: sudo

/etc/init.d/webiopi start

- Bước 3:Mở trình duyệt trên máy tính, bấm lệnh : 192.168.1.100:8000 (lưu ý

IP của kit tùy theo ta đặt địa chỉ lúc cấu hình Kit Pi)

- Bước 4: Login bằng user: webiopi

Pass: raspberry

Hình 5.5r Màn hình hiển thị WebIopi

- Tắt WebIopi bằng lệnh sudo /etc/init.d/webiopi stop

3.3.5 Bật tắt WebIopi tự động

- Bật chế độ tự động start bằng lệnh: sudo update-rc.d webiopi defaults

- Tắt chế độ tự động start bằng lệnh: sudo update-rc.d webiopi remove

3.3.6 Truy cập WebIopi trên mạng LAN

Để truy cập vào webiopi server trong mạng LAN. Địa chỉ của webiopi là

http://raspberrypi:8000/

Giao diện mặc định của webiopi:

Trang 64

Hình 5.5s Giao diện mặc định của WebIpoi

- Bước 1: Kết nối Pi và máy tính vào chung một modem. Remote control vào

Pi.

- Bước 2: Mở Terminal của Pi lên, bấm lệnh khởi động webiopi: sudo webiopi

–d –c /etc/webiopi/config

- Bước 3: Chạy trực tiếp file python để điều khiển thiết bị bằng lệnh: sudo

python /home/pi/script.py

Trang 65

3.3.7 Nguyên lý giao tiếp của WebIopi và các thiết bị truy cập

Hình 5.5t Nguyên lý giao tiếp giửa webipoi với các thiết bị

Để thay đổi giao diện điều khiển ta tiến hành các bước sau:

- Bước 1: Tạo 1 forder tên bất kì, đặt ở đâu tùy ý, ví dụ như

/home/pi/myproject

- Bước 2: Copy code python và lưu lại dưới tên script.py

- Bước 3: Copy code javascript lưu lại dưới tên index.html

- Bước 4: Mở terminal, bấm sudo nano /etc/webiopi/config

Tìm dòng [SCRIPTS] sửa lại đường dẫn

myproject = /home/pi/myproject/python/script.py

Tìm dòng[HTTP] sửa lại dường dẫn

doc-root =/home/pi/myproject/html

- Bước 5: Khởi động webiopi bằng lệnh: sudo webiopi -d -c

/etc/webiopi/config

- Bước 6: Vào máy tính, mở trình duyệt, đăng nhập vào webiopi và bắt đầu

điều khiển phần cứng qua webiopi.

Trang 66

3.3.8 Truy cập WebIopi qua mạng internet

Ta có thể truy cập Raspberry thông qua internet bằng cách cài đặt bộ kit Weaved

cho Raspberry Pi.

- Bước 1: Đăng ký tài khoản trên cổng Weaved developper.

Vào trang https://developer.weaved.com/portal và làm theo hướng dẫn để tạo

một tài khoản tương tự như tạo một tài khoản email

Hình 5.5u Đăng ký tài khoản email trên Weaved

- Bước 2: Tải chương trình Weaved cho Raspberry Pi

Tại cửa sổ Terminal của Pi ta gõ lệnh

wget https://github.com/weaved/installer/raw/master/binaries/weaved-

nixinstaller_1.2.5.bin

- Bước 3: Cài đặt Weaved

Cho phép cài đặt bằng lệnh:

chmod +x weaved-nixinstaller_1.2.5.bin

Trang 67

Chạy file cài đặt: ./weaved-nixinstaller_1.2.5.bin

Điền địa chỉ email và mật khẩu của tài khoản Weaved vào

Khi được hỏi, chọn WebIOPi trong suốt quá trình cài đặt, sau đó đặt 1 cái tên (

nickname) cho Pi.

Chú ý: Nếu đã cài đặt chương trình này rồi, thì khi quá trình cài đặt hỏi có ghi

đè lại số liệu không, ta chọn "Y" để xóa bản cài đặt trước, và tiếp tục cài bản mới.

- Bước 4: Kiểm tra cài đặt

Để kiểm tra kết nối với Raspberry Pi từ trình duyệt, đăng nhập vào trang:

https://developer.weaved.com/portal/login.php

Hình 5.5v Đăng nhập vào Weaved

Khi kết nối thiết bị thành công, màn hình sẽ hiển thị như kết nối trong mạng

Lan.

3.3.9 Cài đặt cảm biến DHT11

Giới thiệu cảm biến DHT11:

- DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm.

Trang 68

Hình 5.5w Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11

- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1

dây.

- Thông số kỹ thuật:

Đo độ ẩm: 20%-95%

Nhiệt độ: 0-50ºC

Sai số độ ẩm +/- 5%

Sai số nhiệt độ: +/- 2ºC

Nguyên lý hoạt động:

- Sơ đồ kết nối vi xử lý:

Trang 69

Hình 5.5x Sơ đồ kết nối DHT11

- Nguyên lý hoạt động:

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2

bước:

Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.

Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và

nhiệt độ đo được.

Bước 1: Gửi tín hiệu Start

MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong

khoảng thời gian >18ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị

nhiệt độ và độ ẩm

MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào

Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us

mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với

DHT11

Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao

trong 80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có

giao tiếp được với DHT11 ko. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi

đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT

Trang 70

Bước 2: Đọc giá trị trên DHT11

DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte. Trong đó:

Byte 1: Giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

Byte 2: Giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

Byte 3: Giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

Byte 4: Giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

Byte 5: Kiểm tra tổng. Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 +

Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo

không có nghĩa.

Trang 71

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM

4.1 Thiết lập điều khiển cho hệ thống

Thiết lập điều khiển bán tự động: Hệ thống sẽ gửi một thông báo đến người

dùng trước khi thực hiện điều khiển tự động một thiết bị trong hệ thống. Sau khi

thông báo, người dùng có thể trực tiếp điều khiển thiết bị thông qua hệ thống. Bên

cạnh đó, không phải khi nào chủ nhà nấm cũng cầm điện thoại hoặc có thể phản hồi

liền nên hệ thống cung cấp giải pháp tự động điều khiển nếu sau 5 phút không nhận

được bất kỳ phản hồi nào từ chủ nhà nấm. Nó giúp hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động

theo những thiết lập trước đó.

Thiết lập điều khiển tự động: Hệ thống sẽ thực hiện điều khiển tự động các

thiết bị trong hệ thống theo các thông số môi trường đã được thiết lập sẵn.

Hình 4.1 Màn hình chính của hệ thống

Kết quả khảo sát thực tế tại nhà nấm Nhơn Trạch-Đồng Nai có đường truyền

Internet tốt nên hệ thống chạy ổn định, chi phí cho đường truyền internet không quá

Trang 72

cao. Hơn nữa tại đó môi trường tương đối phù hợp với hệ thống, nên tác giả chọn

nhà nấm Nhơn Trạch-Đồng Nai để làm thí nghiệm thực tế.

4.2 Các chức năng điều khiển

4.2.1 Chức năng xử lý nhiệt độ

Hệ thống cung cấp giải pháp cơ bản, giúp chủ nhà nấm kiểm soát được nhiệt độ,

xem trạng thái và điều khiển máy bơm nước một cách dễ dàng. Từ hệ thống, chủ

nhà nấm có thể xem trạng thái tắt/mở của máy bơm nước trên nóc nhà yến. Hệ

thống cung cấp giải pháp trực quan hơn bằng camera quan sát, chủ nhà nấm có thể

xem trạng thái của thiết bị.

Khi nhiệt độ giảm quá mức, hệ thống tự động bật đèn chiếu sáng sưởi ấm môi

trường nhà nấm, luôn giữa cho môi trường nhà nấm luôn ở điều kiện chuẩn.

Kết quả sau thử nghiệm là lượng điện tiêu thụ ít hơn do hệ thống bật tắt đúng

lúc, kịp thời, máy bơm chỉ chạy khi cần thiết (nhiệt độ lên cao vượt mức ngưỡng).

4.2.2 Chức năng xử lý độ ẩm

Hệ thống cung cấp giải pháp cơ bản, giúp chủ nhà yến quản lý, xem trạng thái

và điều khiển máy phun sương để tăng độ ẩm (từ 70-90) một cách dễ dàng. Từ hệ

thống, chủ nhà nấm có thể xem trạng thái tắt/ mở của từng vòi phun sương trong

từng láng nấm. Hệ thống cung cấp giải pháp trực quan hơn bằng camera quan sát,

chủ nhà nấm có thể xem trạng thái của máy phun sương.

Kết quả thử nghiệm đặt cảm biến cho thấy khu vực đặt máy phun sương có gắn

với hệ thống điều khiển tự động có độ ẩm ổn định, tạo môi trường tốt cho phôi nấm

phát triển. Tuy nhiên, khi độ ẩm đạt đến ngưỡng, đáng lẽ hệ thống tự động phải ngắt

ngay, nhưng quá trình thử nghiệm cho thấy khoảng 1 phút sau hệ thống mới tự ngắt

do bộ phận cảm biến xử lý còn chậm.

Hình 4.2 Máy phun sương tạo độ ẩm

Trang 73

4.3 Nhận xét từ nhà trồng nấm ở nơi thí nghiệm

Sau khi tiến hành lắp đặt hệ thống chạy thử nghiệm, hệ thống đã đạt được, giúp

ích được nhiều cho chúng tôi trong việc di chuyển, không cần phải đến tận để tưới

phun sương, giảm được chi phí đi lại để chăm sóc, đặc biệt là tự động tạo ra được

môi trường ổn định, độ ẩm và nhiệt độ ổn định để phôi nấm phát triển. Trước nay,

khi chưa có hệ thống, cần phải có ít nhất 3 nhân công để làm công tác tưới phun

sương tạo độ ẩm hàng ngày. Nay khi áp dụng hệ thống vào, chỉ cần 1 người quản lý,

theo dõi và điều khiển là đủ, góp phần giảm chi phí nhân công để chăm sóc nấm.

Trang 74

Chương 5 TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 Những kết quả nghiên cứu đạt được

Qua việc nghiên cứu đề tài, có thể thấy rằng việc áp dụng công nghệ thông tin

trong lĩnh vực nông nghiệp là hết sức cần thiết, mang lại hiệu quả cao trong công

việc và kinh doanh. Hệ thống sẽ giúp đỡ người nông dân rất nhiều nhằm giảm sức

lao động của con người nhưng lại tăng năng suất. Bên cạnh đó, do môi trường của

từng nhà nấm được theo dõi sát sao nên chất lượng sản phẩm cũng sẽ được nâng

cao rất nhiều. Từ đó có thể mở rộng môi trường kinh doanh không chỉ trong nước

mà còn ra thị trường quốc tế.

Hệ thống có thể hoạt động trơn tru trong một thời gian dài và chi phí hoạt động

tương đối thấp. Từ mô hình này trong tương lai ta có thể nâng cấp lên để hệ thống

có thể quản lý nhiều loại nông sản khác như rau sạch, các vườn cây ăn trái không

cần người phải đi tưới từng ngày. Khi phát triển được ra mức sản phẩm lợi ích mà

hệ thống mang lại sẽ là rất to lớn.

Điểm yếu của hệ thống hiện tại là chỉ có thể chăm sóc tự động được với các loại

nấm mọc từ meo và không phải cắt bịch nấm.

Đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện

thoại di động” đã đạt được một số kết quả sau:

- Đạt được những yêu cầu cơ bản của một hệ thống điều khiển nhà trồng nấm

thông minh.

- Đã xây dựng ứng dụng điều khiển và quản lý trồng nấm tự động bằng hệ

thống điều khiển thiết bị điện từ xa bằng điện thoại di động được nối kết

internet.

- Tắt hoặc mở các thiết bị điện trong nhà trồng nấm bằng điện thoại di động.

- Giám sát được nhiệt độ, độ ẩm trong nhà nấm để đưa ra quyết định xử lý kịp

thời.

- Kiến thức về các mô hình điều khiển thiết bị điện thông minh đang phát triển

và ứng dụng hiện nay.

- Kiến thức về các thiết bị không dây cũng như các kết nối của các thiết bị.

- Giám sát được hình ảnh nhà nấm thông qua camera

Trang 75

5.2 Những hạn chế của đề tài

Do có những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài như: Thời gian, chi

phí hỗ trợ, trang thiết bị cần thiết, nên hệ thống còn một số mặt hạn chế. Vì vậy tôi

chỉ hoàn thành được 03 cấp độ điều khiển hệ thống và cấp độ 4, 5 với việc kiểm

soát tình trạng hoạt động của thiết bị và nhận dạng phát triển tai nấm sẽ được tiếp

tục nghiên cứu và hoàn thiện sau này nếu có điều kiện.

Do không đủ trang thiết bị nên giải pháp chưa thật sự hoàn hảo để áp dụng

tổng thể tất cả các loại nấm trong việc điều khiển tất cả thiết bị điện trong nhiều nhà

trồng nấm trong cùng một lúc, ở nhiều nơi khác nhau.

Do điều khiển từ xa phải cần có đường truyền internet tốt, đối với những cơ

sở trồng nấm đa số là ở trong vùng nông thôn không có internet thì dùng mạng 3G,

tuy nhiên giá thành sẽ cao và tốc độ truy xuất chậm.

5.3 Hướng phát triển của đề tài

Qua quá trình lắp đặt thử nghiệp thực tế, đề tài hướng tới phát triển hệ thống

trong tương lai như:

- Hoàn thiện thêm các chức năng cho hệ thống.

- Phát triển thêm chức năng ứng dụng cho nhiều nhà nấm, ở nhiều nơi khác

nhau áp dụng trong trường hợp chủ nhà nấm có nhiều cơ sở.

- Gửi tin nhắn tự động trong trường hợp nhà nấm đang trong tình trạng nguy

hiểm: Nhiệt độ, độ ẩm đang ở mức báo động (quá nóng/quá lạnh,…)

- Nhận dạng quá trình phát triển tai nấm thông qua camera nhận dạng, từ đó

nhận biết được tuổi nấm để thiết lập cấu hình thông số môi trường cho chính

xác.

- Phát triển thêm chức năng bảo mật an toàn: Thêm chức năng bảo mật cho bộ

phận điều khiển trung tâm để tránh bị người lạ có thể điều khiển hệ thống tưới

tiêu không đúng thời điểm.

Trang 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

[1] Phạm Duy Hưng, “Điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng Internet”, 2012

[2] Bùi Tiến Quân, Tổng quan về ứng dụng mạng không dây, 2012,

Tài liệu tiếng Anh

[3] Matt Richardson & Shawn Wallace, “Getting Started with Raspberry Pi”, 2013,

Published by O’Reilly Media, Inc., 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol,

CA 95472

[4] J. Yick, B. Mukherjee and D. Ghosal, "Wireless sensor network survey", Computer Networks, vol. 52, no. 12, (2008) Tài liệu tham khảo từ internet

http://raspberrypi.vn

http://raspberrypi.org

http://elinux.org/RPi_Hub

http://raspberrypi.stackexchange.com

http://www.hanselman.com/blog/Top10R...AndTruths.aspx

http://alexistanhiep.blogspot.com/2014/08/raspberry-pi-toan-tap-tu-z.html

http://webiopi.trouch.com/

http://5starsmedia.vn/cai-dat-raspberry-pi-can-ban/a870680.html

http://toriaz.blogspot.com/2014/08/huong-dan-cai-at-raspberry-pi.html

http://tutaylam.com/news/cong-nghe/cai-dat-wi-fi-cho-raspberry-pi-bang-dong-

lenh-38/

http://www.namtuoi.biz/ky-thuat-trong-nam/ky-thuat-va-phuong-phap-trong-nam-

linh-chi.html

http://thongtinkhcn.vn:96/tin-chi-tiet/Ky-thuat-trong-nam-Linh-chi-tren-mun-cua-

487.html

http://www.namanhaidong.com/huong-dan-ky-thuat-trong-nam-linh-

chi/a60663.html

Trang 77

PHỤ LỤC – MÃ NGUỒN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG

1. Mã nguồn điều khiển tắt/mở đèn chiếu sáng

function onden(){

if(webiopi().digitalRead(7)==1)

{webiopi().digitalWrite(12,0);}

else


} function offden(){



}

2. Mã nguồn điều khiển tắt/mở quạt hút

function onqh(){



else


} function offqh(){



}

3. Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở quạt thổi

function onqt(){



else


} function offqt(){



}

4. Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở máy phun sương

function onps(){



else


Trang 78

} function offps(){



}

5. Mã nguồn điều khiển tự động với cảm biến

@webiopi.macro

def relayauto():

if GPIO.digitalRead(ENB)==0:

hum1,tem1 = Adafruit_DHT.read_retry(Adafruit_DHT.DHT11 , 4)

if int(tem1)<30:

GPIO.output(KENH1, GPIO.LOW)

else:

GPIO.output(KENH1, GPIO.HIGH)

if int(tem1)>35:


else:


if int(hum1)<80:


else:


if int(hum1)>90:


else:


6. Mã nguồn hiện thị giao diện và camera

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">

<html>

<head>

<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">

<meta name="viewport" content = "height = device-height, width = 420, user-scalable = no" />

<title>MO HINH TRONG NAM THONG MINH</title>

<script type="text/javascript" src="/webiopi.js"></script>

<script type="text/javascript">

webiopi().ready(function() {

webiopi().setFunction(7,"OUT");



Trang 79




var auto = webiopi().createButton(1,"AUTO",auto);

var manual = webiopi().createButton(2,"MANUAL",manual);

var onden = webiopi().createButton(3,"ON",onden);

var onquathut = webiopi().createButton(4,"ON",onqh);

var onphunsuong = webiopi().createButton(5,"ON",onps);

var onquatthoi = webiopi().createButton(6,"ON",onqt);

var offden = webiopi().createButton(7,"OFF",offden);

var offquathut = webiopi().createButton(8,"OFF",offqh);

var offphunsuong = webiopi().createButton(9,"OFF",offps);

var offquatthoi = webiopi().createButton(10,"OFF",offqt);

var hengiooff = webiopi().createButton(11,"OFF",hgoff);

var hengioon = webiopi().createButton(12,"ON",hgon);

var camoff = webiopi().createButton(13,"OFF",camoff);

var camon = webiopi().createButton(14,"ON",camon);

$("#auto").append(auto);

$("#manual").append(manual);

$("#onden").append(onden);

$("#onquathut").append(onquathut);

$("#onphunsuong").append(onphunsuong);

$("#onquatthoi").append(onquatthoi);

$("#offden").append(offden);

$("#offquathut").append(offquathut);

$("#offphunsuong").append(offphunsuong);

$("#offquatthoi").append(offquatthoi);

$("#hengiooff").append(hengiooff);

$("#hengioon").append(hengioon);

$("#camoff").append(camoff);

$("#camon").append(camon);

webiopi().refreshGPIO(true);

setInterval(function(){webiopi().callMacro("relayauto")},4000);

setInterval(function(){

webiopi().callMacro("temp",[],update)},4000);

var update = function(macro,args,response){

var ckm=response.split(";");

$("#nhietdo").val(ckm[1]+" *C");

$("#doam").val(ckm[0]+" %");

}

function hgon(){

webiopi().digitalWrite(8,1);

Trang 80

}

function hgoff(){


}

function camon(){

document.getElementById('im').style.visibility='visible';

}

function camoff(){

document.getElementById('im').style.visibility='hidden';

}

function auto(){


}

function manual(){


}

function onden(){



else


}

function onqh(){



else


}

function onps(){



else


}

function onqt(){



else


}

function offden(){


Trang 81


}

function offqh(){



}

function offps(){



}

function offqt(){



}

});

</script>

<style type="text/css">

button {

margin: 2px 2px 2px 2px;

width: 90px;

height: 30px;

font-size: 16pt;

font-weight: bold;

color: red;

}

</style>

</head>

<body>

<div style="position: absolute;left: 20px; top:0px"/>

<h1> BANG DIEU KHIEN </h1>

</div>

<div

id="auto"

style="position: absolute; left:80px; top:60px"/>

</div>

<div

id="manual"


</div>

<div

id="onden"


Trang 82

</div>

<div

id="onquathut"


</div>

<div

id="onphunsuong"


</div>

<div

id="onquatthoi"


</div>

<div

id="offden"


</div>

<div

id="offquathut"


</div>

<div

id="offphunsuong"


</div>

<div

id="offquatthoi"


</div>

<div

id="hengioon"


</div>

<div

id="hengiooff"


</div>

<div

id="camon"


</div>

<div

Trang 83

id="camoff"


</div>

<div


<img id="im" width="355" height="260" src="http://192.168.1.100:8080/?action=stream"><br/>

</div>

<div


- NHIET DO :<input type="text" id="nhietdo" /><br/>

</div>

<div


- DO AM : <input type="text" id="doam" /><br/>

</div>

<div


<h4> DEN: </h4>

</div>

<div


<h4> PH SU: </h4>

</div>

<div


<h4> Q HUT: </h4>

</div>

<div


<h4> Q THOI: </h4>

</div>

<div


<h4> TIME: </h4>

</div>

<div


<h4> CAM: </h4>

</div>

</body>

</html>

Trang 84

7. Mã nguồn file script của webiopi

import sys import webiopi import Adafruit_DHT GPIO = webiopi.GPIO KENH1=12 KENH2=16 KENH3=20 KENH4=21 ENB=7 @webiopi.macro def temp(): hum,tem = Adafruit_DHT.read_retry(Adafruit_DHT.DHT11 , 4) return "%d;%d" % (hum,tem) @webiopi.macro def relayauto(): if GPIO.digitalRead(ENB)==0: hum1,tem1 = Adafruit_DHT.read_retry(Adafruit_DHT.DHT11 , 4) if int(tem1)<30: GPIO.output(KENH1, GPIO.LOW) else: GPIO.output(KENH1, GPIO.HIGH) if int(tem1)>35: GPIO.output(KENH4, GPIO.LOW) else: GPIO.output(KENH4, GPIO.HIGH) if int(hum1)<80: GPIO.output(KENH2, GPIO.LOW) else: GPIO.output(KENH2, GPIO.HIGH) if int(hum1)>90: GPIO.output(KENH3, GPIO.LOW) else: GPIO.output(KENH3, GPIO.HIGH) def setup(): GPIO.setFunction(KENH1, GPIO.OUT) GPIO.setFunction(KENH2, GPIO.OUT) GPIO.setFunction(KENH3, GPIO.OUT) GPIO.setFunction(KENH4, GPIO.OUT) GPIO.setFunction(ENB, GPIO.OUT) GPIO.output(KENH1, GPIO.HIGH) GPIO.output(KENH2, GPIO.HIGH) GPIO.output(KENH3, GPIO.HIGH) GPIO.output(KENH4, GPIO.HIGH) GPIO.output(ENB, GPIO.HIGH)

8. Mã nguồn giao diện màn hình thiết bị di động

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

import android.view.Menu;

Trang 85

import android.view.MenuItem;

import android.view.View;

import android.view.View.OnClickListener;

import android.webkit.WebView;

import android.widget.Button;

import android.widget.EditText;

public class MainActivity extends Activity {

EditText editText1;

Button btnOn, btnOff, btnQuat, btnMayphun, btnLoad;

WebView wv;

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

editText1 = (EditText) findViewById(R.id.editText1);

btnOn = (Button) findViewById(R.id.btnOn);

btnOff = (Button) findViewById(R.id.btnOff);

btnQuat = (Button) findViewById(R.id.btnQuat);

btnMayphun = (Button) findViewById(R.id.btnMayphun);

btnLoad = (Button) findViewById(R.id.btnLoad);

wv = (WebView) findViewById(R.id.webView1);

wv.getSettings().setJavaScriptEnabled(true);

wv.loadUrl("http://192.168.1.100:8080");

btnLoad.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override

public void onClick(View v) {

// TODO Auto-generated method stub

String url = editText1.getText().toString().trim();

wv.loadUrl(url);

}

});

btnStart.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override



wv.loadUrl("javascript:start()");

}

});

btnStop.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override



wv.loadUrl("javascript:stop()");

Trang 86

}

});

btnQuat.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override



wv.loadUrl("javascript:Quat()");

}

});

btnMayphun.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override



wv.loadUrl("javascript:Mayphun()");

}

});

}

}

Giảng viên hướng dẫn

GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm

Học viên thực hiện


XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỖ TRỢ …graduate.hiu.vn/Resources/Docs/SubDomain/graduate/LUAN VAN KHOA HOC...hệ thống điều khiển thông qua các

Documents