MỤC LỤC
Trang bìa ..................................................................................................................i
Nhiệm vụ đồ án .......................................................................................................ii
Lịch trình .............................................................................................................. iii
Cam đoan .............................................................................................................. iv
Lời cảm ơn .............................................................................................................. v
Mục lục .................................................................................................................. vi
Liệt kê hình vẽ ........................................................................................................ ix
Liệt kê bảng vẽ ....................................................................................................... xi
Tóm tắt .................................................................................................................xii
Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 1
MỤC TIÊU.......................................................................................................... 2
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................ 2
GIỚI HẠN........................................................................................................... 3
BỐ CỤC .............................................................................................................. 3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 5
2.1. ỨNG DỤNG IoT TRÔNG NÔNG NGHIỆP .............................................. 5
2.1.1. Giới Thiệu.............................................................................................. 5
2.1.2. Cấu Trúc Cơ Bản Của Hệ Thống Ứng Dụng Công Nghệ IoT. ................ 5
2.2. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI, CƠ SỞ DŨ LIỆU
VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN. ........................................................................................ 6
2.2.1. Chuẩn Giao Tiếp SPI ............................................................................. 6
2.2.2. Giao Thức Truyền Dữ Liệu Bằng LoRa ................................................. 7
2.2.3. Giao Thức MQTT .................................................................................. 9
2.2.4. Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu MySQL ................................................... 10
2.2.5. Bộ Điều Khiển PID .............................................................................. 10
2.3. LÝ THUYẾT VỀ RAU CẢI XANH – ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
TRONG ĐỀ TÀI. [7] ......................................................................................... 11
2.3.1. Đặc điểm và yêu cầu của cây trồng ...................................................... 11
2.2.2. Photo-synthetically Active Radiation và Photosynthetic Photon Flux

Density. ......................................................................................................... 12
2.2.3. Chọn màu ánh sáng sử dụng cho cây. ................................................... 14
2.4. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ...................................................................... 15
vi


2.4.1. Giới Thiệu Board Arduino Uno R3 [8]................................................. 15
2.4.2. Giới Thiệu Raspberry Pi....................................................................... 18
a.

Raspberry Pi là gì............................................................................... 18

b.

Cấu Trúc Phần Cứng Của Raspberry Pi [9] ........................................ 18

2.4.3. Module Cảm Biến Độ Ẩm Và Nhiệt Độ DHT11 [10]........................... 21
2.4.4. Module Cảm Biến Ánh Sáng GY-30 [11]............................................. 22
2.4.4. Module Cảm Biến Độ Ẩm Đất [12]...................................................... 23
2.4.4. Module LoRa SX1278 Ra_02 [13] ....................................................... 25
2.4.5. Mạch công suất cầu H (L298N) [14] .................................................... 28
2.4.6. Động Cơ Bơm Chìm Mini 5VDC......................................................... 30
2.4.7. Led Dây 5050 ...................................................................................... 30
Chương 3.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................................................... 33

3.1. YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN ........................................................................... 33
3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................. 33
2.1. Thiết Kế Sơ Đồ Khối Của Hệ Thống....................................................... 33

3.2.2. Tính Toán Thiết Kế Mạch .................................................................... 35
Khối xử lý trung tâm .................................................................................. 35
a.

Khối cảm biến.................................................................................... 37

b.

Khối thu thập dữ liệu ......................................................................... 39

c.

Khối nhận lệnh điều khiển ................................................................. 40

d.

Khối thiết bị ngoại vi ......................................................................... 41

e.

Khối nguồn ........................................................................................ 43

3.2.3. Thiết Kế Mô Hình Nhà Kính ................................................................ 44
Chương 4.

THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................ 45

4.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................... 45
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................ 45
4.2.1. Thi Công Board Mạch.......................................................................... 45

4.2.1.1. Thi Công Board Mạch Thu Thập Dữ Liệu ..................................... 45
4.2.1.2. Thi Công Board Mạch Điều Khiển ................................................ 46
4.2.1.3. Thi Công Gateway ........................................................................ 48
4.2.1.4. Thi Công Mô Hình Nhà Kính ........................................................ 48
4.2.1.5. Lắp Ráp Và Kiểm Tra ................................................................... 49
4.3. THI CÔNG MÔ HÌNH ............................................................................... 50
4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................... 51
4.4.1. Lưu Đồ Giải Thuật ............................................................................... 51
4.4.1.1. Lưu Đồ Giải Thuật Của Khối Thu Thập Dữ Liệu .......................... 52
vii


4.4.1.2. Lưu Đồ Giải Thuật Của Khối Nhận Lệnh Điều Khiển ................... 54
4.4.1.3. Lưu Đồ Giải Thuật Của Khối Xử Lý Trung Tâm........................... 56
4.4.2. Phần Mềm Lập trình ............................................................................ 58
4.4.2.1. Phần Mềm Arduino IDE................................................................ 58
4.4.2.2. Phần Mềm Python IDLE ............................................................... 59
4.4.2.3. Phần Mềm Node-Red .................................................................... 62
Chương 5.

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ................................................................ 64

5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ............................................................................. 64
5.2. MỘT SỐ HÌNH ẢNH ĐẠT ĐƯỢC TỪ ĐỀ TÀI ........................................ 64
5.2.1. Kết Quả Phần Cứng ............................................................................. 64
5.2.2. Kết Quả Phần Mềm .............................................................................. 67
5.4. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG. ................................................... 72
5.4.1. Nhận xét............................................................................................... 72
a.


Ưu điểm. ............................................................................................ 72

b.

Hạn chế.............................................................................................. 72

5.4.2. Đánh giá............................................................................................... 72
Chương 6.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................... 73

6.1

KẾT LUẬN.............................................................................................. 73

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................... 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 74
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 76

viii


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2. 1 Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp......................................... 5
Hình 2. 2 Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IoT .............................................. 6

Hình 2. 3 Giao diện bốn dây SPI ............................................................................. 7
Hình 2. 4 Radio packet của LoRa ............................................................................ 8
Hình 2. 5 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID ................................................................ 11
Hình 2. 6 Các loại màu cần thiết cho rau cải xanh ................................................. 14
Hình 2. 7 Board Arduino UNO R3 ........................................................................ 16
Hình 2. 8 Sơ đồ chán vi điều khiển ATMEGA328P-PU ........................................ 17
Hình 2. 9 Board mạch raspberry pi ........................................................................ 18
Hình 2. 10 Các thành phần cơ bản của raspberry ................................................... 19
Hình 2. 11 Sơ đồ chán GPIO của Raspberry Pi ...................................................... 21
Hình 2. 12 Hình ảnh DHT11 ngoài thực tế ............................................................ 22
Hình 2. 13 Module cảm biến ánh sáng ngoài thực tế .............................................. 23
Hình 2. 14 Module cảm biến độ ẩm đất ngoài thực tế ............................................ 24
Hình 2. 15 Sơ đồ nguyên lý cảm biến độ ẩm đất. ................................................... 24
Hình 2. 16 Mạch Thu Phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 .......................... 26
Hình 2. 17 Sơ đồ chán SX1278 .............................................................................. 26
Hình 2. 18 Module L298N ngoài thực tế ............................................................... 28
Hình 2. 19 Sơ đồ nguyên lý L298N ....................................................................... 29
Hình 2. 20 Động Cơ Bơm Chìm Mini 5VDC ......................................................... 30
Hình 2. 21 Led Dây 5050 ...................................................................................... 32
Hình 3. 1 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................... 33
Hình 3. 2 Sơ đồ kết nối tổng quan khối xử lý trung tâm ......................................... 35
Hình 3. 3 Sơ đồ kết nối chân của Raspberry Pi với Ra_02 ..................................... 36
Hình 3. 4 Sơ đồ kết nối của khối thu thập dữ liệu .................................................. 39
Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối của khối nhận lệnh điều khiển .......................................... 40
Hình 3. 6 Module L298N....................................................................................... 41
Hình 3. 7 Động cơ bơ chìm mini 5V ...................................................................... 42
Hình 3. 8 Led dây 5050 ......................................................................................... 42
Hình 3. 9 Nhà kính được thiết kế sử dụng cho mô hình ......................................... 44
Hình 4. 1 Sơ đồ mạch in của mạch thu thập dữ liệu ............................................... 46
Hình 4. 2 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch thu thập dữ liệu..................................... 46

Hình 4. 3 Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển ....................................................... 47
Hình 4. 4 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển ............................................. 47
Hình 4. 5 Thi công Gateway trong thực tế ............................................................. 48
Hình 4. 6 Mô hình nhà kính được sử dụng trong đề tài .......................................... 48
Hình 4. 7 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch thu thập dữ liệu..................................... 49
Hình 4. 8 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển ............................................. 49
Hình 4. 9 Mô hình nhà kính chụp từ trên cao ......................................................... 50
Hình 4. 10 Hình chụp bên trái của mô hình nhà kính ............................................. 50
Hình 4. 11 Hình chụp bên phải của mô hình nhà kính ............................................ 51
ix


Hình 4. 12 Hình chụp từ phía sau của mô hình ...................................................... 51
Hình 4. 13 Lưu đồ giải thuật của khối thu thập dữ liệu .......................................... 52
Hình 4. 14 Lưu đồ giải thuật của chương trình gửi dũ liệu lên gateway ................. 53
Hình 4. 15 Lưu đồ giải thuật của khối nhận lệnh điều khiển .................................. 54
Hình 4. 16 Lưu đồ của chương trình điều khiển thiết bị ......................................... 55
Hình 4. 17 Lưu đồ giải thuật của khối xử lý trung tâm ........................................... 57
Hình 4. 18 Giao diện phần mềm lập trình Arduino ................................................ 58
Hình 4. 19 Viết chương trình trên phần mềm Arduino IDE.................................... 59
Hình 4. 20 Biểu tượng python 3............................................................................. 60
Hình 4. 21 Giao diện làm việc của Python IDLE ................................................... 61
Hình 4. 22 Chương trình được viết trên phần mềm Python IDLE .......................... 61
Hình 4. 23 Biểu tượng Node-Red .......................................................................... 62
Hình 4. 24 Giao diện lập trình của node_red .......................................................... 63
Hình 4. 25 Khu vực lập trình cho từng khối ........................................................... 63
Hình 5. 1 Mạch thu thập dữ diệu đã thi công hoàn chỉnh ....................................... 65
Hình 5. 2 Mạch điều khiển đã thi công hoàn chỉnh ................................................ 65
Hình 5. 3 Khối xử lý trug tâm ................................................................................ 66
Hình 5. 4 Mô hình nhà kính được chụp từ trên cao ............................................... 66

Hình 5. 5 Mô hình nhà kính được chụp một bên .................................................... 66
Hình 5. 6 Dữ liệu được nhận được trên gateway .................................................... 67
Hình 5. 7 Dữ liệu được đưa vào database và gửi đến email người dùng ................. 67
Hình 5. 8 Giao diện hiển thị trên webserver ........................................................... 68
Hình 5. 9 Giao diện điều khiển trên webserver ...................................................... 68
Hình 5. 10 Gửi dữ liệu đến người dùng.................................................................. 69
Hình 5. 11 Thiết lập giá trị và gửi lệnh xuống thiết bị điều khiển........................... 69
Hình 5. 12 Thiết lập giá trị độ ẩm đất mức 29% và ánh sáng mức 9 lx ................... 69
Hình 5. 13 Kết quả đo được khi chọn giá trị độ ẩm đất 29% và ánh sáng 9 lx ........ 70
Hình 5. 14 Cường độ ánh sáng của đèn khi thiết lập ở mức 50 lx từ webserver...... 70
Hình 5. 15 Cường độ ánh sáng của đèn khi thiết lập ở mức 200 lx từ webserver.... 71
Hình 5. 16 Kết quả khi điều khiển PI cường độ ánh sáng ....................................... 71

x


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2. 1 Cấu trúc tổng quát Arduino UNO R3 ..................................................... 17
Bảng 2. 2 Bảng mô tả chức năng các chân ............................................................. 28
Bảng 3. 1 Thống kê dòng điện tiêu thụ cho khối xử lý trung tâm ........................... 36
Bảng 3. 2 Chức năng chân của cảm biến độ ẩm đất ............................................... 37
Bảng 3. 3 Chức năng chán của module cảm biến ánh sáng .................................... 39
Bảng 3. 4 Danh sách linh kiện sử dụng và dòng điện, điện áp tương ứng ............... 43
Bảng 4. 1 Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch thu thập dữ liệu ...................... 45
Bảng 4. 2 Danh sách linh kiện được sử dụng trong mạch điều khiển...................... 47

xi



TÓM TẮT
Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng đạt được những thành tựu to lớn,
kéo theo đó là sự phát triển vượt bậc trong các ngành nghề có ứng dụng khoa học
kỹ thuật. Đối với Việt Nam ta, nền nông nghiệp còn chiếm vai trò to lớn trong nền
kinh tế thì việc ứng dụng khoa học công nghệ là điều cấp thiết và cần được mở
rộng. Nhờ tiến bộ về khoa học kỹ thuật, các hệ thống giám sát, xử lý…. ngày càng
hiện đại. Các tiến bộ kỹ thuật đó đã được đưa vào nông nghiệp và đặc biệt là các
ứng dụng của công nghệ IoT đã góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng
động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh
tế cao. Với mong muốn tạo ra một hệ thống giám sát, điều khiển hoàn toàn tự động
được ứng dụng trong nông nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực trồng trọt, có thể mang
lại tiện ích cho người sử dụng, nhóm quyết định chọn đề tài: “Hệ thống giám sát và
điều khiển cho nông trại trồng rau trong nhà kính ứng dụng công nghệ IoT”.
Phương pháp thực hiện là dùng Raspberry Pi xây dựng thành một khối điều
khiển trung tâm (gatetway), dùng các Arduino Uno làm các điểm thu thập dữ liệu
(node thu thập) để đọc các dữ liệu cảm biến như: Nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm
đất, ánh sáng và tiến hành gửi dữ liệu lên gatetway thông qua sóng LoRa. Tại
gateway sẽ tiến hành so sánh với các thông số đã cài đặt trước để điều khiển các
thiết bị ngoại vi, đồng thời nhận các dữ liệu từ các node thu thập để đưa vào
database và cho hiển thị lên webserver. Trên webserver sẽ hiện thị các giá trị đọc
được từ cảm biến và có thể gửi các lệnh điều khiển xuống các điểm điều khiển
(node điều khiển). Tại node điều khiển có thể bật, tắt các thiết bị như: máy bơm,
đèn. Đồng thời có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng bằng bộ điều khiển PID.

xii


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Chương 1. TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo số liệu mới nhất được thống kê vào ngày 20/06/2019 từ Liên Hợp Quốc
thì dân số hiện tại của Việt Nam là hơn 97 triệu người, chiếm 1,27% dân số thế giới
[1]. Tỷ lệ dân số Việt Nam làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp chiếm đến 48% dân
số cả nước nhưng đóng góp vào GDP của cả nước rất nhỏ, năng suất lao động trong
lĩnh vực này còn thấp, khả năng tăng năng suất còn chậm [2].
Nông nghiệp là ngành sản xuất vật chất cơ bản, giữ vai trò to lớn trong việc
phát triển kinh tế ở hầu hết cả nước, nhất là ở các nước đang phát triển. Tuy nhiên,
ở nước ta, việc quan tâm đến năng suất và chất lượng nông sản chỉ được chú trọng
trong vài năm gần đây. Ở những vùng nông thôn, đại bộ phận sống bằng nghề nông,
tuy tỷ lệ dân số làm nông nghiệp ở Việt Nam chiếm đến 48% dân số cả nước nhưng
tỷ lệ người trẻ tuổi làm việc trong lĩnh vực này vẫn còn rất ít, phải di chuyển lên
thành phố để tìm việc. Một trong những lý do của việc này chính là tính chất công
việc của lĩnh nông nghiệp. Công việc này yêu cầu người nông dân phải bỏ ra rất
nhiều thời gian, công sức và không thể đi đây đi đó khi đã bắt đầu vào mùa vụ.
Cùng với đó, lĩnh vực nông nghiệp phải chịu ảnh hưởng rất lớn từ thiên nhiên như
gió, bão… nhất là trong lĩnh vực trồng trọt rau, củ quả thì yếu tố thời tiết như nhiệt
độ, độ ẩm, ánh sáng… rất quan trọng đến cây trồng.
Hiện nay, phần lớn khu vực canh tác nông nghiệp thường đặt cách xa nhà ở
của người dân từ vài trăm mét đến vài km, thậm chí đến hàng chục km. Chính vì
vậy việc quản lý, chăm sóc rất khó khăn, mất nhiều thời gian để di chuyển từ nhà
đên khu canh tác. Hơn thế nữa, việc kiểm soát các thông số như nhiệt độ, độ ẩm,
ánh sáng… rất khó khăn, ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm, nhất là đối
tượng canh tác chính là rau, củ thì những yếu tố thời tiết đấy đóng vai trò quyết định
đến chất lượng sản phẩm.
Chính vì vậy, việc tìm kiếm những giải pháp mới để ổn định và nâng cao chất
lượng sản phẩm, năng suất thu hoạch, thu hút nguồn nhân lực trẻ quay trở lại nông
nghiệp trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà nước trong những năm qua. Do đó,
những ứng dụng công nghệ được đưa vào trong việc chăm sóc, thu hoạch trong

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

1


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
nông nghiệp để khắc phục vấn đề thiên tai, môi trường, cũng như tiết kiệm nhân
lực, gia tăng năng suất cây trồng, đơn giản hóa việc quản lý.
Một trong những ứng dụng công nghệ nổi bật được đưa vào trong nông
nghiệp trong những năm gần đây là Internet of Thing (IoT) đã và đang đem lại
nhiều kết quả thành công, dần dần được áp dụng và phổ biến trên nhiều diện tích
canh tác nông nghiệp, vì vậy chúng em chọn đề tài “Hệ thống giám sát và điều
khiển cho nông trại trồng rau trong nhà kính ứng dụng công nghệ IoT” nhằm có
hiểu biết thêm về tác động của công nghệ tới khả năng phát triển của cây trồng,
cũng như quản lý của người điều khiển, bên cạnh đó là nghiên cứu thêm về các ứng
dụng công nghệ điện tử được đưa vào.

MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là xây dựng được một hệ thống IoT trong nông nghiệp có
khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng (thông qua các cảm biến), ổn định điều
kiện môi trường (thông qua bơm nước và đèn). Hệ thống này cho phép thực hiện
các thao tác giám sát – điều khiển trên một trang web thông qua WiFi và sóng
LoRa.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các
chủ đề, các nội dung liên quan đến đề tài.
 NỘI DUNG 2: Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho hệ thống.
 NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về các Module LoRa SX1278 Ra 02, các loại cảm
biến, Arduino Uno, Raspberry Pi.

 NỘI DUNG 4: Tiến hành đọc dữ liệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí,
độ ẩm đất, ánh sáng và gửi dữ liệu lên gateway qua sóng LoRa.
 NỘI DUNG 5: Lập trình giao tiếp giữa module SX1278 Ra 02 với Raspberry
Pi, nhận dữ liệu từ các node thu thập và đưa dữ liệu vào database.
 NỘI DUNG 6: Xử lý dữ liệu nhận được và tiến hành lập trình hệ thống.
 NỘI DUNG 7: Thiết kế giao diện hiển thị trên web và lập trình các tính năng
cho trang web.
 NỘI DUNG 8: Thiết kế, thi công mô hình nhà kính, thi công mạch điều
khiển, mạch thu thập dữ liệu.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

2


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 NỘI DUNG 9: Chạy thử nghiệm, cân chỉnh hệ thống và hoàn thiện mô hình.
 NỘI DUNG 10: Hoàn thành luận văn.

GIỚI HẠN
Đề tài “Hệ thống giám sát và điều khiển cho nông trại trồng rau trong nhà
kính” đã đạt được những yêu cầu đặt ra là đo được các thông số môi trường từ nhiều
nơi khác nhau, gửi dữ liệu không dây với khoảng cách xa đến trạm quản lý bằng
sóng LoRa, đưa các thông số đo được vào database, hiển thị và điều khiển được trên
webserver. Tuy nhiên, đề tài chỉ giới hạn ở công việc:
 Chỉ lấy thông số từ hai nơi khác nhau thay vì nhiều nơi
 Mỗi điểm thu thập dữ liệu chỉ đo bốn thông số là nhiệt độ không khí, độ ẩm
không khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng.
 Các thông số đo được có độ chính xác tương đối.
 Khoảng cách truyền dữ liệu bằng sóng LoRa đối với mô hình chỉ được trên
500m thay vì 10km đối với khoảng cách thực của sóng LoRa.

 Webserver chỉ truy cập được trong mạng wifi local, chưa có điều kiện
publish lên internet.
 Chỉ có thể điều khiển chính xác lượng ánh sáng bằng bộ điều khiển PID, còn
độ ẩm đất thì kiểm soát bằng việc đóng mở bơm nước.

BỐ CỤC
 Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài
sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.
 Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế.
Trình bày tổng quan các yêu cầu của để tài về thiết kế và các tính toán hệ
thống bao gồm sơ đồ nguyên lý toàn mạch và của từng phần của hệ thống.
 Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
Phần này có thể gồm có 2 phần là kết quả thi công phần cứng và những kết
quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê. Cụ thể, phần
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
này nêu quá trình thi công PCB, lắp ráp và kiểm tra mạch, hình vẽ được chụp từ mô
hình thực của hệ thống bên ngoài, hình chụp các kết quả chạy và được sắp xếp có hệ
thống để người đọc dễ dàng hiểu và hình dung hệ thống mình thi công.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá.
Chương này trình bày kết quả thực hiện được của đề tài, bao gồm kết quả
phần cứng, kết quả phần mềm, chạy chương trình cho mô hình hoàn chỉnh. Nhận

xét và đánh giá kết quả đạt được.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Nêu kết luận cho hệ thống, trình bày những mục tiêu đã đạt được, những
mục tiêu chua đạt được, hướng phát triển cho hệ thống.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. ỨNG DỤNG IoT TRÔNG NÔNG NGHIỆP
2.1.1. Giới Thiệu
Từ khi lần đầu được giới thiệu cách đây gần 20 năm, cho tới hiện nay các ứng
dụng IoT là một trong những mảng công nghệ phát triển nhất trong cuộc cách mạng
công nghiệp 4.0, nó xuất hiện và tác động tích cực tới từng ngành, từng lĩnh vực
rong đó có ngành nông nghiệp. Ứng dụng IoT trong nông nghiệp góp phần tạo nên
một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tang
năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải
thiện bộ mặt cho cho nền nông nghiệp trong tương lai gần.

Hình 2. 1 Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp.

2.1.2. Cấu Trúc Cơ Bản Của Hệ Thống Ứng Dụng Công Nghệ IoT.
Kiến trúc của IOT gồm bốn thành phần cơ bản chính gồm: Vạn vật (Things),
trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng (Internet) và cuối cùng là lớp dịch vụ
(Service).
 Vạn vật (Things): Ngày nay có vô vàn vật dụng đang hiện hữu trong cuộc

sống, ở trên các khu canh tác, ở trong nhà hoặc trên chính các thiết bị lưu
động của người dùng. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sang
lọc, kết nối và quản lý dữ liệu của đối tượng nông nghiệp một cách cục bộ,
còn các thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua các trạm
kết nối. Từ đó, các thiết bị, vật dụng sẽ có thể thực hiện nhiệm vụ của mình
đối với đối tượng nông nghiệp cần quản lý.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một vùng trung
gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một
cách bảo mật và dễ dàng quản lý. Gateways có thể là một thiết bị vật lý hoặc là một
phần mềm được dùng để kết nối giữa Cloud (điện toán đám mây) và bộ điều khiển,
các cảm biến, các thiết bị thông minh.
 Hạ tầng mạng (Internet): Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP
được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này
bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều
thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến
mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
 Lớp dịch vụ (Service): Là các ứng dụng được các hãng công nghệ, hoặc thậm
chí người dùng tạo ra để dễ dàng sử dụng các sản phẩm IOT một cách hiệu quả và
tận dụng được hết giá trị của sản phẩm.

Hình 2. 2 Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IoT

2.2. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI, CƠ SỞ DŨ
LIỆU VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN.

2.2.1. Chuẩn Giao Tiếp SPI
SPI (Serial Peripheral Interface) là một chuẩn đồng bộ nối tiếp để truyền dữ
liệu ở chế độ song công toàn phần full-duplex (hai chiều, hai phía), do công ty
Motorola thiết kế nhằm đảm bảo sự liên hợp giữa các vi điều khiển và thiết bị ngoại
vi một cách đơn giản và giá rẻ. Đôi khi SPI còn được gọi là giao diện bốn-dây
(four-wire).
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khác với cổng nối tiếp chuẩn (standard serial port) SPI là giao diện đồng bộ,
trong đó bất cứ quá trình truyền nào cũng được đồng bộ hóa với tín hiệu đồng hồ
tăctơ chung, tín hiệu này sinh ra bởi thiết bị chủ động (bộ vi xử lý). Thiết bị ngoại vi
bên phía nhận (bị động) làm đồng bộ quá trình nhận chuỗi bit với tín hiệu đồng hồ
tăctơ. Có thể kết nối một số vi mạch vào mỗi giao diện ngoại vi nối tiếp của vi
mạch-thiết bị chủ động. Thiết bị chủ động chọn thiết bị động để truyền dữ liệu bằng
cách kích hoạt tín hiệu "chọn chip" (chip select) trên vi mạch bị động. Thiết bị
ngoại vi nếu không được chọn bởi bộ vi xử lý sẽ không tham gia vào quá trình
truyền theo giao diện SPI [3].
Trong giao diện SPI có sử dụng bốn tín hiệu số:
 MOSI hay SI: Cổng ra của bên chủ động, cổng vào của bên bị động, dành
cho việc truyền dữ liệu từ thiết bị chủ động đến thiết bị bị động.
 MISO hay SO: cổng vào của bên chủ động, cổng ra của bên bị động dành
cho việc truyền dữ liệu từ thiết bị bị động đến thiết bị chủ động.
 SCLK hay SCK: tín hiệu đồng hồ tăctơ nối tiếp, dành cho việc truyền tín
hiệu đồng hồ tăctơ dành cho thiết bị động.
 CS hay SS: chọn vi mạch, chọn bên bị động


Hình 2. 3 Giao diện bốn dây SPI

2.2.2. Giao Thức Truyền Dữ Liệu Bằng LoRa
LoRa là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển bởi
Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Công nghệ này có
thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch khuếch đại
công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ liệu. Do đó,
LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như sensor
network trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách xa
hàng km và có thể hoạt động với battery trong thời gian dài trước khi cần thay pin.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum. Có thể hiểu
nôm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín
hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau đó tín
hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal (là các tín hiệu
hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số
tăng theo thời gian và down-chirp có tần số giảm theo thời gian; và việc mã hoá
theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi
truyền ra anten để gửi đi [4].
Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vực khác
nhau trên thế giới:
 430MHz cho châu Á
 780MHz cho Trung Quốc
 433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu
 915MHz cho USA

Nhờ sử dụng chirp signal mà các tín hiệu LoRa với các chirp rate khác nhau
có thể hoạt động trong cùng 1 khu vực mà không gây nhiễu cho nhau. Điều này cho
phép nhiều thiết bị LoRa có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng thời (mỗi
kênh cho 1 chirprate).

Hình 2. 4 Radio packet của LoRa
 Preamble: Là chuỗi binary để bộ nhận detect được tín hiệu của LoRa packet.
 Header: chứa thông tin về size của Payload cũng như có PayloadCRC hay
không. Giá trị của Header cũng được check CRC kèm theo.
 Payload: là dữ liệu ứng dụng truyền qua LoRa.
 PayloadCRC: giá trị CRC của Payload. Nếu có PayloadCRC, LoRa chip sẽ tự
kiểm tra dữ liệu trong Payload và báo lên nếu CRC có hay không.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các Thông số của LoRa:
Spreading Factor (SF): xác định số lượng chrip signal khi mã hóa tín hiệu đã
được điều chế tần số (chipped signal) của dữ liệu. Ví dụ nếu SF=12 có nghĩa là 1
mức logic của chipped signal sẽ được mã hóa bởi 12 xung chirp signal.
Bandwidth (BW): xác định biên độ tần số mà chirp signal có thể thay đổi.
Nếu bandwidth càng cao thì thời gian mã hóa chipped signal càng ngắn; từ đó thời
gian truyền dữ liệu cũng giảm xuống nhưng đổi lại khoảng cách truyền cũng ngắn
lại.
Coding Rate (CR): là số lượng bit được tự thêm vào mỗi trong Payload trong
LoRa radio packet bởi LoRa chipset để mạch nhận có thể sử dụng để phục hồi lại 1
số bit dữ liệu đã nhận sai và từ đó phục hồi được nguyên vẹn dữ liệu trong Payload.
Do đó, sử dụng CR càng cao thì khả năng nhận dữ liệu đúng càng tăng; nhưng bù

lại chip LoRa sẽ phải gửi nhiều dữ liệu hơn (có thể làm tăng thời gian truyền dữ liệu
trong không khí).

2.2.3. Giao Thức MQTT
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức truyền thông
điệp (message) theo mô hình publish/subscribe (xuất bản – theo dõi), sử dụng cho
các thiết bị [Internet of Things] (tags/IoT) với băng thông thấp, độ tin cậy cao và
khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định. Bởi vì giao thức này sử
dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao nên nó là một giao thức lý
tưởng cho các ứng dụng M2M. [5]
Kiến trúc mức cao (high-level) của MQTT gồm 2 phần chính là Broker và
Clients, trong đó:
 broker được coi như trung tâm, nó là điểm giao của tất cả các kết nối đến
từ
client. Nhiệm vụ chính của broker là nhận mesage từ publisher, xếp các message
theo hàng đợi rồi chuyển chúng tới một địa chỉ cụ thể. Nhiệm vụ phụ của broker là
nó có thể đảm nhận thêm một vài tính năng liên quan tới quá trình truyền thông
như: bảo mật message, lưu trữ message, logs...
 Client thì được chia thành 2 nhóm là publisher và subscriber. Client là các
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
software components hoạt động tại edge device nên chúng được thiết kế để có thể
hoạt động một cách linh hoạt (lightweight). Client chỉ làm ít nhất một trong 2 việc
là publish các message lên một topic cụ thể hoặc subscribe một topic nào đó để
nhận message từ topic này. MQTT Clients tương thích với hầu hết các nền tảng hệ
điều hành hiện có: MAC OS, Windows, LInux, Androids, iOS...


2.2.4. Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu MySQL
MySQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu tự do nguồn mở phổ biến nhất thế giới và
được các nhà phát triển rất ưa chuộng trong quá trình phát triển ứng dụng. Vì
MySQL là cơ sở dữ liệu tốc độ cao, ổn định và dễ sử dụng, có tính khả chuyển, hoạt
động trên nhiều hệ điều hành cung cấp một hệ thống lớn các hàm tiện ích rất mạnh.
Với tốc độ và tính bảo mật cao, MySQL rất thích hợp cho các ứng dụng có truy cập
CSDL trên internet. Người dùng có thể tải về MySQL miễn phí từ trang chủ.
MySQL có nhiều phiên bản cho các hệ điều hành khác nhau: phiên bản Win32 cho
các hệ điều hành dòng Windows, Linux, Mac OS X, Unix, FreeBSD, NetBSD,
Novell NetWare, SGI Irix, Solaris, SunOS…
MySQL là một trong những ví dụ rất cơ bản về Hệ Quản trị Cơ sở dữ liệu
quan hệ sử dụng Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL).
MySQL được sử dụng cho việc bổ trợ NodeJs, PHP, Perl, và nhiều ngôn ngữ
khác, làm nơi lưu trữ những thông tin trên các trang web viết bằng NodeJs, PHP
hay Perl...

2.2.5. Bộ Điều Khiển PID
Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral
Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được
sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là
bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều
khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và
giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều
chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô
hình toán học) về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt
nhất. Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

10



CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống
nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống.
Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó
đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo
hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị
tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định
tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của ba tác động này dùng để điều
chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay
bộ nguồn của phần tử gia nhiệt. Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về
quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số
quá khứ, và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại. [6]

Hình 2. 5 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID
Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ
điều khiển có thể dùng trong những thiết kế có yêu cầu đặc biệt. Đáp ứng của bộ
điều khiển có thể được mô tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà
bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống.

2.3. LÝ THUYẾT VỀ RAU CẢI XANH – ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
TRONG ĐỀ TÀI. [7]
2.3.1. Đặc điểm và yêu cầu của cây trồng
Đất: Rau cải xanh chịu được đất có độ pH từ 5.5 đến 8.3. Trong điều kiện đất
mặn vẫn có thể trồng được. Độ ẩm đất dao động từ 21 - 40%.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

11



CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nhiệt độ: Trên lý thuyết, rau cải khỏe mạnh, phát triển tốt có thể chống chịu
được tới mức 25 độ F (- 3.9 độ C). Tuy nhiên, nhiệt độ thích hợp nhất để trồng rau
cải xanh là từ 15 – 22 độ C.
Độ nhạy với thuốc diệt cỏ: Rau cải xanh rất nhạy cảm với glyphosate cũng
như 2,4-D và các loại thuốc diệt cỏ lá rộng khác nhau. Chúng cũng có thể bị ảnh
hưởng từ thuốc diệt cỏ được sử dụng lên các cây trồng của mùa vụ trước đó.
Tăng trưởng: Đạt mức tăng trưởng tối đa sau 1 tháng 10 ngày. Nhiệt độ mát
mẻ thường ngăn rau cải ra hạt trước khi đạt mức tăng trưởng tối đa.
Ánh sáng: Sử dụng thước đo Photosynthetic Photon Flux Density(PPFD). Đối
với cây con: 6-12 mol/m2/d. Cần kích thích tăng trưởng thực vật: 12- 17 mol/m2/d.

2.2.2. Photo-synthetically Active Radiation và Photosynthetic Photon
Flux Density.
Photo-synthetically Active Radiation (PAR): Theo thuật ngữ khoa học, ánh
sáng có tính chất của cả photon và sóng và trong phổ của ánh sáng khả kiến. Ánh
sáng mà thực vật có thể hấp thụ được sử dụng cho quang hợp. Nói một cách đơn
giản: ánh sáng của mặt trời phát ra hàng tấn bước sóng (màu sắc) của ánh sáng khi
chiếu sáng. Tuy nhiên, thực vật sẽ chỉ hấp thụ một số bước sóng đó, sử dụng chúng
quang hợp và phát triển. Phần còn lại của những bước sóng thì bị thực vật phản lại,
không hấp thụ. PAR là ánh sáng có thể sử dụng được đối với thực vật - những bước
sóng sẽ được sử dụng để quang hợp. Giống như sự khác biệt giữa khu vực trồng trọt
và tán cây, PAR không phải là thước đo của tất cả ánh sáng mà nguồn sáng phát ra,
mà là phép đo bước sóng mà thực vật sẽ hấp thụ.
Photosynthetic Photon Flux: PPF là viết tắt của Photosynthetic Photon Flux
(dòng quang thông Photon quang hợp), có nghĩa là có bao nhiêu photon ánh sáng
mỗi giây tiếp xúc với cây trồng. Khi chúng ta sử dụng máy đo PAR để kiểm tra
mức độ ánh sáng phát ra PAR tốt như thế nào, chúng ta thực sự đang đo xem có bao

nhiêu photon ánh sáng chiếu vào cảm biến của chúng ta mỗi giây. Nói cách khác,
chúng ta đang đo cường độ ánh sáng được phát ra từ nguồn sáng của bạn mà thực
vật sử dụng để quang hợp. PAR là ánh sáng có thể sử dụng được đối với thực vật và
PPF là một cách để đo lường hiệu quả hoặc cường độ ánh sáng.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

12


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Photosynthetic Photon Flux Density: PPFD hay Photosynthetic Photon Flux
Density (Mật độ quang thông Photon quang hợp), là phép đo mật độ ánh sáng trong
một khu vực nhất định. Cơ sở toán học để tính toán PPFD: Nếu phân bố công suất
quang phổ (SPD) của nguồn sáng được biết qua các bước sóng có liên quan (400700nm), thì có thể xác định được năng lượng quang hợp có thể cung cấp cho thực
vật. Dựa trên SPD của nó, một nguồn sáng sẽ có hệ số chuyển đổi có thể được sử
dụng để chuyển mật độ quang thông (độ rọi) mà thực vật nhận được thành mật độ
quang thông quang hợp (PPFD), tính bằng μmol / s-m2. Một watt của năng lượng
bức xạ ở 555nm là theo định nghĩa tương đương với 683 lumens. Với hàm hiệu suất
phát sáng CIE 1931 V(λ), chúng ta có thể tính được thông lượng bức xạ quang phổ
(λ) tính bằng watt trên mỗi nanomet cho mỗi lumen như:

Φ(λ)/lumen = [Wrel(λ)] / [683 * Σ (400-700) [V(λ) Wrel(λ) Δλ]]

(2.1)

Trong đó Wrel (λ) là phân bố công suất phổ tương đối và V(λ) là hàm hiệu suất phát
sáng ở bước sóng λ. Với điều này, có thể tính được thông lượng photon quang hợp
(PPF) trên mỗi nanomet tính bằng micromol trên giây trên nanomet:

PPF /nm = (10-9) * [λ Φ(λ)] / (Nahc)


(2.2)

Trong đó:
Hằng số Na = Avogadro, 6.022 x1023
h = Hằng số Planck (6,626 x 10-34 jun/giây)
c = tốc độ ánh sáng 2.998 x 108 m / s
λ = bước sóng tính bằng mét.
Tóm lại, PAR là một phép đo số lượng ánh sáng nhưng không phải là chất
lượng. Tăng cường độ PPFD của khu vực trồng trọt có nghĩa là tăng tốc độ tăng
trưởng cho các cây trồng – nhưng cần đảm bảo rằng ánh sáng có quang phổ mà cây
trồng đang cần.
Cách chuyển đổi PPFD sang lux: Sử dụng công cụ chuyển đổi online do
trang Waveform Lightning cung cấp:

/>Ta tính được 6-12 mol/m2/d tương đương với 898 lux – 1809 lux.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

13


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

12-17 mol/m2/d tương đương với 1809 lux – 2563 lux.
2.2.3. Chọn màu ánh sáng sử dụng cho cây.
Thực vật sử dụng ánh sáng chủ yếu để quang hợp và điều này được thực hiện
với các hóa chất cụ thể trong lá. Ví dụ về các hóa chất quan trọng hơn bao gồm
Chất diệp lục A và B. Trong phổ hấp thụ (đo lượng ánh sáng được hấp thụ), có thể
thấy rõ các đỉnh ở vùng màu xanh và đỏ có nghĩa là các màu này được sử dụng để
quang hợp.


Hình 2. 6 Các loại màu cần thiết cho rau cải xanh
Hầu như không có ánh sáng được hấp thụ trong phạm vi màu xanh lá cây. Ý
tưởng rằng thực vật phát triển tốt chỉ với ánh sáng xanh và đỏ thực tế là một giả
thuyết. Phổ màu trên là cho chất diệp lục tinh khiết trong ống nghiệm và nó không
cho ta thấy những gì xảy ra trong một chiếc lá cây. Quang hợp phức tạp hơn và liên
quan đến các hóa chất khác như carotene và xanthophyll. Phổ màu của ánh sáng
được hấp thụ bởi toàn bộ lá cho thấy thực vật sử dụng dải bước sóng rộng hơn, bao
gồm cả màu xanh lá cây.
Đúng là màu xanh và màu đỏ rất quan trọng và đại diện cho hầu hết ánh sáng
được sử dụng bởi thực vật, nhưng các màu khác, bao gồm cả màu xanh lá cây và
màu vàng cũng được sử dụng để quang hợp.
Các màu sắc khác nhau thực hiện các vai trò khác nhau:

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

14


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Ánh sáng đỏ (630 -660nm) rất cần thiết cho sự phát triển của thân cây,
cũng như sự giãn nở của lá. Bước sóng này cũng quy định sự ra hoa, thời
gian ngủ nghỉ và hạt nảy mầm.
 Ánh sáng xanh (400 -520nm) cần được trộn cẩn thận với ánh sáng trong
các quang phổ khác vì việc tiếp xúc quá nhiều với ánh sáng trong bước
sóng này có thể kìm hãm sự phát triển của một số loài thực vật. Ánh sáng
trong phạm vi màu xanh cũng ảnh hưởng đến hàm lượng chất diệp lục có
trong cây cũng như độ dày của lá.
 Ánh sáng xanh (500 - 600nm) xuyên qua các tán cây dày trên đỉnh để hỗ
trợ các lá ở tán dưới.

 Ánh sáng hồng ngoại (720 - 740nm) cũng đi qua các tán cây dày đặc phía
trên để hỗ trợ sự phát triển của lá nằm thấp hơn trên cây. Ngoài ra, tiếp xúc
với ánh sáng hồng ngoại làm giảm thời gian cây cần ra hoa. Một lợi ích
khác của ánh sáng đỏ là những cây tiếp xúc với bước sóng này có xu
hướng tạo ra những chiếc lá lớn hơn những cây không tiếp xúc với ánh
sáng trong phổ này.
Với mục đích thiết kế mô hình có độ hiệu quả cao nhất cũng như kinh tế nhất
thì chọn ánh sáng đơn sắc là phù hợp. Bên cạnh đó, cùng 1 công suất thì led RBG
không cho hiệu quả cao vì PAR thấp. Đối với cây cải xanh, ánh sáng đỏ là ánh sáng
phù hợp vì nó sẽ kích thích cây phát triển cũng như cho tán lá rộng. Vì vậy nhóm
quyết định chọn led đỏ.

2.4. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.4.1. Giới Thiệu Board Arduino Uno R3 [8]
Arduino là dự án nguồn mở, làm việc dựa trên bo mạch điện tử bao gồm một
vi điều khiển, các đầu vào/đầu ra, một ngôn ngữ lập trình và một IDE (trình soạn
thảo trong môi trường phát triển tích hợp). Arduino là một công cụ để thực hiện các
ứng dụng tương tác độc lập hoặc có thể được kết nối với phần mềm trên máy tính
(chẳng hạn như là Flash, Max/MSP...).
Arduino UNO R3 là dòng mạch phổ biến nhất trong các dòng mạch Arduino,
phiên bản R3 là phiên bản mới nhất, có độ chính xác và độ bền cao hơn rất nhiều so
với Arduino UNO phiên bản cũ. Arduino UNO R3 có thể sử dụng 3 vi điều khiển
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

15


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
họ 8bit AVR là Atmega8, Atmega168, Atmega328. Bộ điều khiển này có thể điều
khiển led đơn, điều khiển động cơ, xử lí các tín hiệu, thu thập dữ liệu từ cảm biến để

hiển thị lên màn hình LCD...và còn rất nhiều ứng dụng khác mà Arduino có thể xử
lý.

Hình 2. 7 Board Arduino UNO R3
Cấu trúc tổng quát của Arduino UNO R3 như sau:
Vi điều khiển

Atmega328P

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp đầu vào (khuyên dùng)

7-12V

Điện áp đầu vào (giới hạn)

6-20V

Chân Digital I/O

14 (Với 6 chân PWM output)

Chân PWM Digital I/O

6

Chân đầu vào Analog


6

Dòng sử dụng I/O Pin

20 mA

Dòng sử dụng 3.3V Pin

50 mA

Bộ nhớ Flash

32 KB (ATmega328P) với 0.5KB dùng bởi

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

16


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
bootloader
SRAM

2 KB (ATmega328P)

EEPROM

1 KB (ATmega328P)


Clock Speed

16 MHz

LED_BUILTIN

13

Chiều dài

68.6 mm

Chiều rộng

53.4 mm

Trọng lượng

25g

Bảng 2. 1 Cấu trúc tổng quát Arduino UNO R3
− 32KB bộ nhớ Flash: những câu lệnh được lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ
Flash của vi điều khiển. Thường sẽ có vài KB được sử dụng cho Bootlader.
− 2KB cho SRAM: Giá trị các biến được khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Trong
chương trình khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM.
− 1KB cho EEPROM: là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào mà không lo bị xóa khi
mất điện giống như dữ liệu trên SRAM.

Hình 2. 8 Sơ đồ chán vi điều khiển ATMEGA328P-PU
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN


17


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.4.2. Giới Thiệu Raspberry Pi
a. Raspberry Pi là gì
Raspberry Pi là một máy tính rất nhỏ gọn, kích thước hai cạnh như bằng
khoảng một cái thẻ ATM và chạy hệ điều hành Linux. Raspberry Pi được phát
triển bởi Raspberry Pi Foundation - một tổ chức phi lợi nhuận với tiêu chí xây
dựng hệ thống mà nhiều người có thể sử dụng được trong những công việc tùy
biến khác nhau.

Hình 2. 9 Board mạch raspberry pi
Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối
chính bởi Element14, RS Components và Egoman.
Raspberry pi 3 ra đời nhằm tạo ra một máy tính rẻ tiền cho sinh viên, nhưng
sau đó pi đã được sự quan tâm của nhiều người. Đặc tính của Raspberry Pi xây
dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835 (là chip xử lí mobile mạnh
mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động) bao gồm CPU,
GPU, bộ xử lí âm thanh /video và các tính năng khác ... tất cả được tích hợp bên
trong chip có điện năng thấp này.

b. Cấu Trúc Phần Cứng Của Raspberry Pi [9]

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

18