Đồ án Hệ thống theo dõi môi trường và bảo vệ nông sản tiết kiệm năng lượng (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Hệ thống theo dõi môi trường và bảo vệ nông sản tiết kiệm năng lượng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH HỆ THỐNG THEO DÕI MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO VỆ NÔNG SẢN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG GVHD : THS. LÊ MINH SVTH :NGUYỄN PHƯỚC TIẾN MSSV: 13119186 SVTH :NGUYỄN TIẾN NAM MSSV : 13119109 S K L 0 0 4 9 5 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG THEO DÕI MÔI TRƢỜNG VÀ BẢO VỆ NÔNG SẢN TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG SVTH :Nguyễn Phƣớc Tiến MSSV: 13119186 SVTH :Nguyễn Tiến Nam MSSV : 13119109 Khóa : 2013 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính GVHD: TS. Võ Minh Huân Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 7 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phước Tiến MSSV: 13119186 Họ và tên sinh viên : Nguyễn Tiến Nam MSSV: 13119109 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 13119CL1 Giảng viên hướng dẫn: TS. Võ Minh Huân ĐT: Ngày nhận đề tài: 20/02/2017 Ngày nộp đề tài: 11/7/2017 1. Tên đề tài: Hệ thống theo dõi môi trường và bảo vệ nông sản tiết kiệm năng lượng . 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu 3. Nội dung thực hiện đề tài: Nghiên cứu cách để bảo vệ nông sản không bị chịu tác hại bởi tự nhiên và tìm ra phương pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng 4. Sản phẩm:Hệ thống theo dõi môi trường và bảo vệ nông sản tiết kiệm năng lượng . TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phước Tiến MSSV: 13119186 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Nam MSSV: 13119109 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài:Hệ thống theo dõimôi trường và bảo vệ nông sản tiết kiệm năng lượng Họ và tên giảng viên hướng dẫn: TS.Võ Minh Huân NHẬN XÉT: 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10tháng 7 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Phước Tiến MSSV: 131119186 Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Tiến Nam MSSV: 131119109 Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Tên đề tài: Hệ thống theo dõimôi trường và bảo vệ nông sản tiết kiệm năng lượng Họ và tên Giáo viên phản biện: NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: (Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)
6. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, sinh viên thưc̣ hiêṇ đề tài xin đươc̣ phép chân thành gử i lời cảm ơn đến thầy giáo Võ Minh Huân , giáo viên hướng dẫn đề tài đã định hướng và trao đổi những kinh nghiêṃ quý báu để sinh viên thưc̣ hiêṇ những nôị dung trong đề tài môṭ cách hoàn chỉnh. Sinh viên thưc̣ hiêṇ đề tài cũng xin trân troṇ g cảm ơn các thầy (cô) trong trường Đaị Hoc̣ Sư Phaṃ Kỹ Thuâṭ Thành Phố Hồ Chí Minh đa ̃ tâṇ tình truyền đaṭ những kiến thứ c nền tảng để sinh viên thưc̣ hiêṇ hoàn thành tốt đề tài. Cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình: bố mẹ, anh chị em đã tạo điều kiện thuận lợi về mặt vật chất và tinh thần là cơ sở vững chắc về tâm lý để sinh viên thực hiện đề tài hoàn thành tốt công việc học tập của mình. Cũng xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất cả các bạn trong lớp 13119CL1 đã cùng nhau học tập, giúp đỡ trao đổi kiến thức liên quan để hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng tiến độ và đạt được kết quả tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn! TP. HCM, ngày 11 tháng 7 năm 2017 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tiến Nam Nguyến Phước Tiến
7. TÓM TẮT Internet of Things đã và đang hiện hữu trong đời sống của mọi người. Việc phát triển các đề tài áp dụng IoT vào trong nông nghiệp đang ngày càng trở nên phổ biến, các nhu cầu về việc thu thập dữ liệu và điều khiển các thiết bị từ xa đang ngày một tăng lên. Theo đó là hàng loạt các công nghệ truyền dẫn dữ liệu không dây như Bluetooth, Zigbee và đặc biệt là Wi-Fi đã tạo nên tính đa dạng trong việc truyền dẫn dữ liệu. Công nghệ Wi-Fi ở lĩnh vực này đã và đang khẳng định về ưu thế và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Đề tài ―HỆ THỐNG THEO DÕI MÔI TRƢỜNG VÀ BẢO VỆ NÔNG SẢN TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG” được thực hiện nhằm thiết kế một hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị sử dụng mạng Wi-Fi, đồng thời cung cấp một giải pháp tiết kiệm năng lượng. Hệ thống giúp người dùng có thể dễ dàng theo dõi và điều khiển thiết bị ở bất cứ đâu thông qua website, người dùng có thể truy cập qua máy tính cá nhân hay điện thoại di động. Cuốn báo cáo này khái quát qua một số mảng kiến thức được tham khảo sử dụng trong đề tài. Qua từng chương, báo cáo trình bày từ cơ sở lý thuyết đến thiết kế chi tiết phần mềm, phần cứng và kết quả sau khi thực hiện. Dựa trên các kết quả đạt được, nhóm thực hiện đưa ra các ưu điểm khuyết điểm và hướng phát triển cho đề tài.
8. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TƢ̀ VIẾ T TẮ T xv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂ U xvi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂ U ĐỒ xvii CHƢƠNG 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiệu 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 6 1.2.1. Mục tiêu tổng quát 6 1.2.2. Mục tiêu chi tiết 6 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu 6 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 6 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 7 1.6. Bố cục của Đồ Án 7 CHƢƠNG 2 8 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 8 2.1. Kit KL46Z 8 2.1.1. Giới thiệu về kit KL46Z 8 2.1.2. Vi điều khiển MKL46Z4 11 2.2. Giới thiệu về kit NodeMCU 12 2.3. Module wifi ESP 8266-V1 14 2.3.1. Giới thiệu 14 2.3.2. Chuẩn giao tiếp UART 16 2.3.3. Các chế độ tiết kiệm năng lƣợng cho ESP8266 17 2.4. Cảm biến chuyển động PIR 19 2.4.1. Giới thiệu cảm biến chuyển động PIR 19 2.4.2. Cấu trúc cảm biển PIR 19 2.4.3. Nguyên lý hoạt động 21 2.5. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT 22 22 2.6. Cảm biến mƣa 25 2.7. Cảm biến siêu âm SRF-04 26 2.8. Text LCD 20x4 27 2.8.1 Sơ đồ chân 27
9. 2.8.2 Tập lệnh 29 2.9. Module relay 30 2.10. Giao thức TCP/IP 30 2.10.1 Tổng quan 30 2.10.2 Phƣơng thức hoạt động của bộ giao thức TCP/IP 32 CHƢƠNG 3 34 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 34 3.1. Yêu cầu của hệ thống 34 3.2. Thiết kế hệ thống 36 3.2.2 Lựa chọn linh kiện 37 3.2.3 Thiết kế phần cứng mô hình 39 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý 40 3.3. Hoạt động của hệ thống 42 3.3.1. Hoạt động trên mô hình 42 3.3.2. Hoạt động trên website 43 3.4. Thiết kế phần mềm 46 3.4.1 Lƣu đồ giải thuật trên KL46Z 46 3.4.2 Lƣu đồ giải thuật thu thập thông tin cảm biến trên NodeMCU 54 3.4.3 Thiết kế website tƣơng tác ngƣời dùng 61 3.5. Ngôn ngữ lập trình và phần mềm 63 3.5.1 Môi trƣờng lập trình khối xử lý trung tâm 63 3.5.2 Môi trƣờng lập trình khối thu thập thông tin cảm biến 65 CHƢƠNG 4 68 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 68 4.1. Hoạt động của hệ thống 68 4.2. Kết quả triển khai trên thực tế 72 4.3. Phân tích, so sánh điện năng tiêu thụ 73 CHƢƠNG 5 81 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 81 5.1. Kết Luận 81 5.2. Hƣớng phát triển 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 84 Phụ lục A Hƣớng dẫn nạp firmware cho Module ESP8266-V1 84 Phụ lục B Phƣơng thức GET và POST trong PHP 85
10. DANH MỤC CÁC TƢ̀ VIẾ T TẮ T DTIM Delivery Traffic Indication Message GPIO General Purpose Input Output PWM Pulse Width Modulation ARM Advanced Risc Machine UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter IoT Internet of Things SoC System on Chip LCD Liquid Crystal Display MCU Multipoint Control Unit OpenSDA Open-standard Serial and Debug Adapter TCP Transmisson Control Protocol UDP User Datagram Protocol IP Internet Protocol ICMP Internet Control Message Protocol IGMP Internet Group Message Protocol FTP File Transport Protocol WWW World Wide Web
11. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂ U Bảng 1.1: Thông số bảo quản của một số loại nông sản 5 Bảng 2.1: Các lệnh AT của ESP 8266-V1 15 Bảng 2.2: Dòng điện tiêu thụ của ESP-8266 ở các chế độ 15 Bảng 2.3: Sự khác biệt trong 3 chế độ sleep 17 Bảng 2.4: Chức năng của các chân trong text LCD 28 Bảng 2.5: Danh sách tập lệnh điều khiển của text LCD 29 Bảng 3.1: Tên, giá trị ban đầu và chức năng các biến 47 Bảng 3.2: Chức năng các biến 49 Bảng 4.1: Chuỗi truyền ảnh hưởng đến dòng tiêu thụ NodeMCU 75 Bảng 4.2: Dòng điện tiêu thụ của NodeMCU trong 1h 77 Bảng 4.3: Dòng điện tiêu thụ của KL46Z 78 Bảng 4.4: Công suất tiêu thụ của các module 79 Phụ lục bảng 1: Cách kết nối ESP8266 và USB TTL 84
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂ U ĐỒ Hình 1.1: Ước tính tổn thất sau khi thu hoạch thóc tại ĐNA 1 Hình 1.2:Côn trùng gây hại chứa trong kho ngô 3 Hình 1.3:Nấm mốc gây hại cho nông sản 3 Hình 2.1: Các module trên KL46Z 9 Hình 2.2:Sơ đồ chân kit KL46Z 9 Hình 2.3:Sơ đồ khối của kit KL46Z 10 Hình 2.4: Sơ đồ khối của OpenSDA 10 Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của kit NodeMCU 12 Hình 2.6: Sơ đồ chân của kit NodeMCU 13 Hình 2.7: Hình ảnh thực tế của ESP8266-v1 14 Hình 2.8: Khung dữ liệu truyền UART 16 Hình 2.9: Đầu dò PIR 19 Hình 2.10: Lăng kính Fresnel so với thấu kính hội tụ thông thường 20 Hình 2.11: Ánh sáng từ các khu vực nhỏ cùng hội tụ tại một điểm qua lăng kình Fresnel 20 Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động 21 Hình 2.13: Nguyên lý phát hiện chuyển động 22 Hình 2.14: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 22 Hình2.15: Cách thức gửi và đọc 1 bit trong chuẩn One-wire 24 Hình 2.16: Cảm biến mưa 25 Hình 2.17: Cảm biến siêu âm SRF 04 26 Hình 2.18: Hình ảnh thực tế text LCD 20x4 27 Hình 2.19: Vị trí các chân của text LCD 28 Hình 2.20: Module relay hai kênh kích mức thấp 30 Hình 2.21: Các tầng trong bộ giao thức TCP/IP 31 Hình 2.22: Qúa trình đóng mở gói dữ liệu trong TCP/IP 32 Hình 2.23: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 33 Hình 3.1:Mô hình hệ thống 35 Hình 3.2:Sơ đồ khối của hệ thống 36 Hình 3.3:Cảm biến chuyển động PIR 37 Hình 3.4:Cảm biến khoảng cách HC-SR04 38 Hình 3.5:Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 39 Hình 3.6:Cảm biến mưa 39 Hình 3.7:Mô hình nhìn từ trước vào 39 Hình 3.8:Mô hình nhìn trên xuống 40 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý phần thu nhận thông tin 40 Hình 3.10: Pin 41
13. Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 41 Hình 3.12: Sơ đồ chân ESP8266 42 Hình 3.13: Giao diện text LCD hiển thị khi hoàn tất cài đặt 42 Hình 3.14: Giao diện text LCD hiển thị khi có client kết nối 43 Hình 3.15: Giao diện text LCD hiển thị dữ liệu cảm biến 43 Hình 3.16: Giao diện đăng nhập trang web 44 Hình 3.17: Giao diện web các trang hiển thị 44 Hình 3.18: Giao diện web button điều khiển 44 Hình 3.19: Giao diện web tab Lịch sử 45 Hình 3.20:Lưu đồ giải thuật chương trình chính 46 Hình 3.21:Lưu đồ giải thuật chương trình ESP_init 48 Hình 3.22:Lưu đồ giải thuật chương trình String_filter 51 Hình 3.23:Lưu đồ giải thuật chương trình Send_server 51 Hình 3.24: Lưu đồ giải thuật chương trình Receive_server 53 Hình 3.25: Lưu đồ giải thuật chương trình chính phần thu thập thông tin cảm biến 55 Hình 3.26: Lưu đồ giải thuật chương trình setup 56 Hình 3.27: Lưu đồ hoạt động của DHT22 57 Hình 3.28: Lưu đồ hoạt động của RainSensor 58 Hình 3.29: Lưu đồ hoạt động của PIR 58 Hình 3.30: Lưu đồ hoạt động của HCSR04 59 Hình 3.31: Lưu đồ hoạt động của nodeMCU trở lại hoạt động 59 Hình 3.32: Lưu đồ hoạt động đưa NodeMCU vào chế độ ngủ 60 Hình 3.33: Sơ đồ khối website tương tác người dùng 61 Hình 3.34: Lưu đồ quá trình hiển thị trạng thái của đèn 62 Hình 3.35: Hình ảnh KeilC 63 Hình 3.36: Giao diện tạo project 64 Hình 3.37: Giao diện lập trình 64 Hình 3.38: Hình ảnh Arduino IDE 65 Hình 3.39: Giao diện viết code Arduino IDE 66 Hình 3.40: Cài đặt Arduino IDE 66 Hình 3.41: Thư viện trong Arduino IDE 67 Hình 4.1: Trang đăng nhập vào hệ thống 68 Hình 4.2: Trang hiển thị và điều khiển 69 Hình 4.3: Trang hiển thị lịch sử dữ liệu 69 Hình 4.4: Hệ thống khi mới bắt đầu khởi động 70 Hình 4.5: Hiển thị các thông số lên LCD 71 Hình 4.6: Thông báo lên LCD khi phát hiện côn trùng 71 Hình 4.7: Bảng phát hiện và xua đuổi động vật 72 Hình 4.8: Đo thực tế dòng qua NodeMCU khi không phát hiện, không mưa 73
14. Hình 4.9: Đo thực tế dòng qua NodeMCU khi phát hiện hoặc có mưa 74 Hình 4.10: Đo thực tế dòng qua NodeMCU khi phát hiện và có mưa 74 Hình 4.11: NodeMCU khi không ở chế độ ngủ 75 Hình 4.12: NodeMCU sử dụng trong 1h 76 Hình 4.13: KL46Z khi hoạt động bình thường 78 Hình 4.14: KL46Z khi hoạt động hết tất cả thiết bị 79 Hình 4.15: KL46Z tiêu thụ dòng trong 1h 79
15. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu Theo tài liệu điều tra của FAO, tổn thất sau thu hoạch lúa gạo tại Đông Nam Á vào khoảng 10%-37%. Trong đó tổn thất trong giai đoạn bảo quản có thể lên đến 6% khi điều kiện bảo quản quá nghèo nàn. Hình 1.1: Ước tính tổn thất sau khi thu hoạch thóc tại ĐNA Trong quá trình bảo quản, sự hao hụt của nông sản được biểu hiện ở hai dạng: sự hao hụt trọng lượng và sự suy giảm về chất lượng. Hao hụt về trọng lượng: sự giảm về trọng lượng ở sản phẩm khi bảo quản có thể xảy ra do hậu quả của các hiện tượng vật lý học và các hiện tượng sinh học. Ví dụ sự hao hụt lý học là sự bốc hơi một phần hơi nước từ sản phẩm ra môi trường xung quanh. Tuy nhiên với các loại nông sản khác nhau thì điều này được đánh giá khác nhau. Sự giảm độ ẩm của hạt khi bảo quản do bốc hơi thì không coi là sự hao hụt mà như là một hiện tượng tích cực. Trong trường hợp này trọng lượng của hạt giảm phù hợp với sự giảm % độ ẩm. Loại hao hụt lý học khác là sự xáo trộn khi vận chuyển, sắp xếp, bảo quản bị vỡ nát cơ giới tạo ra những bụi cám. Càng xáo trộn mạnh, sự mất mát này càng lớn. 1
16. Sự hao hụt về trọng lượng còn do các quá trình sinh học có thể rất lớn. Chẳng hạn khi hạt hô hấp thì chất khô sẽ mất đi. Khi bảo đảm những chế độ bảo quản tối ưu thì sự hao hụt này không đáng kể và đối với hạt thì sự hao hụt này không vượt quá giới hạn sai số do cân đo. Ngoài ra, còn có những hao hụt lớn xảy ra do sự sinh sản của côn trùng có hại, nấm mốc trong quá trình bảo quản. Những điều kiện bảo quản càng khác xa những điều kiện tối ưu thì sự hao hụt về trọng lượng càng lớn. Chẳng hạn khi hạt tự bốc nóng thì hao hụt về trọng lượng có thể lên tới 3%-8%, nếu để cho chuột và chim phá hoại thì sự hao hụt có thể là không giới hạn. Hao hụt về chất lượng: khi tổ chức bảo quản sản phẩm đúng có thể loại trừ sự giảm về chất lượng. Sự giảm chất lượng chỉ có thể xảy ra khi bảo quản lâu hơn giới hạn gọi là độ bảo quản của sản phẩm (độ bảo quản của sản phẩm là giai đoạn mà trong đó sản phẩm còn giữ được những tính chất hạt kỹ thuật hoặc tính chất thực phẩm của nó). Sự giảm chất lượng nông sản khi bảo quản (không kể khi bảo quản quá thời hạn) xảy ra cơ bản do những quá trình bất lợi: sự nảy mầm sớm, sự hô hấp và những biến đổi hóa sinh, tác động của vi sinh vật sinh ra các sản phẩm thứ cấp (Mycotoxin) hoặc côn trùng, sự hư hỏng và bị bẩn do chuột, chim cũng như sự xây sát cơ giới. Sự hao hụt về trọng lượng và chất lượng là hai loại không thể tránh khỏi khi bảo quản nhưng khi bảo quản tốt, sự hao hụt này sẽ được kiểm soát và hạn chế tối đa những tổn thất có thể xảy ra. Có hai tác nhân lớn gây ra sự hao hụt về trọng lượng đó là: Côn trùng, mối mọt và các loài gặm nhấm Côn trùng là động vật biến nhiệt nên nhiệt độ cơ thể của chúng phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Vì vậy mà nhiệt độ quyết định xu hướng và trình độ của quá trình sống của côn trùng. Khả năng tự điều hòa nhiệt độ của côn trùng thấp. 2
17. Hình 1.2:Côn trùng gây hại chứa trong kho ngô Sự phá hoại của côn trùng đối với sản phẩm bảo quản thật đa dạng. Trước hết là phải kể đến việc làm giảm phẩm chất hoặc phá hủy vật chất, làm cho vật chất dự trữ bị giảm hoặc mất hoàn toàn giá trị sử dụng. Trong nhiều trường hợp, thiệt hại có thể là rất lớn thậm chí là vô giá. Ví dụ như sự mục nát của ngũ cốc dự trữ hoặc hạt giống mất khả năng nẩy mầm. Nấm mốc và độc tố nấm mốc Nấm mốc là những vi sinh vật không có diệp lục tố, chúng thu nhận chất dinh dưỡng bằng cách thấm hút, kích thước thay đổi từ vi thể đến cỡ lớn hơn. Chúng có cấu trúc sợi, phân nhánh ra như dạng cành của thực vật. Chúng sinh sản bằng bào tử. Nấm cũng có thể dùng làm thức ăn, dùng lên men thực phẩm, nhưng cũng có thể gây hại, gây bệnh cho cây trồng và làm hư hỏng các loại ngũ cốc. Nấm phát tán theo gió, nước, côn trùng, động vật. Hình 1.3:Nấm mốc gây hại cho nông sản Tác động của nấm mốc lên khối hạt nông sản: 3
18. + Giảm khả năng nảy mầm và sức sống của hạt giống vì chúng sinh ra độc tố làm chết các trụ phôi, sản sinh ra enzyme phá hủy vách tế bào của hạt. + Làm hạt biến màu thành màu đen, đỏ, vàng hoặc tía. + Làm giảm giá trị dinh dưỡng. Nấm hấp thu chất dinh dưỡng từ hạt, làm phá vợ cấu trúc hóa học, làm phân hủy chất dầu ở các hạt có dầu như lạc, ngô, đậu tương. + Làm nóng khối hạt do sự tích tụ nhiệt của nấm trong quá trình tăng trưởng và sự hô hấp không ngừng của khối hạt gây ra. + Làm hạt đóng bánh, sản sinh độc tố nấm, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người và động vật. Tác hại của độc tố nấm mốc lên người và động vật: + Các độc tố do nấm sinh ra đều nguy hiểm cho người và động vật, trong đó độc tố Aflatoxin B1 là nguy hiểm nhất, ngoài ra còn có các Aflatoxin B2, G1 và G2. + Aflatoxin gây hại cho các loài gia súc đặc biệt là gà, vịt, làm hư hại gan, giảm khả năng sản xuất thịt, chất lượng thịt kém, trứng có tỷ lệ thấp, vỏ trứng mỏng, làm cho gia súc dễ bị nhiễm bệnh. + Ở người, Aflatoxin gây ung thư gan, thận, gây quái thai, gây đột biến nhiễm sắc thể. Nếu hít phải bụi có chứa các độc tố Aflatoxin có thể gây ngứa, dị ứng, kích thích phổi và ngộ độc. Sau khi tìm hiểu về các kho bảo quản nông sản thực tế thì thường là các kho lạnh bảo quản nông sản kết hợp với một thiết bị hiển thị nhiệt độ, độ ẩm và các nút nhấn để điều khiển các chức năng của máy lạnh bên trong kho.Nhiệt độ kho lạnh bảo quản thực phẩm phụ thuộc vào từng loại nông sản và thời gian bảo quản của chúng. Thời gian bảo quản nông sản càng lâu đòi hỏi nhiệt độ bảo quản càng thấp. Nhiệt độ bảo quản thường nằm trong khoảng -2°C – 5°C. Kho lạnh bảo quản rau quả chủ yếu là sup lơ, carot, khoai tây nên thời gian bảo quản khoảng 2 đến 3 tuần chọn nhiệt độ bảo quản là 20°C. Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (chuối > 10°C, chanh > 4°C). 4
19. Bảng 1.1:Thông số bảo quản của một số loại nông sản Như được đề cập ở trên, vì Việt Nam là một nước nông nghiệp cho nên việc tìm ra cách theo dõi và bảo quản nông sản sau khi thu hoạch là việc rất cần thiết hiện nay. Từ đó ta có thể làm tăng năng suất, giá trị của các loại nông sản sau khi thu hoạch làm cho nền nông nghiệp Việt Nam ngày càng phát triển, đời sống nông dân ngày càng được cải thiện. Việc áp dụng IOT vào trong nông nghiệp thì đa số để tài thường là các mô hình sản xuất và vận chuyển. Tuy nhiên, việc áp dụng IOT để bảo quản nông sản thì vẫn chưa có nhiều để tài về vấn để này. Trên thực tế thì việc lắp đặt cách thiết bị, các cảm biến để theo dõi tình trạng của các loại nông sản trong nhà kho chưa được mọi người quan tâm nhiều. Vì vậy đề tài này tập trung nghiên cứu phương pháp để theo dõi từ xa được tình trạng nông sản được bảo quản trong nhà kho để kịp thời có các biện pháp xử lý, đồng thời cung cấp một giải pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng. 5
20. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu tổng quát - Xây dựng hệ thống để theo dõi điều kiện môi trường và bảo vệ các loại nông sản được trữ trong nhà kho nhằm giảm thiểu sự thiếu hụt về trọng lượng và chất lượng của các loại nông sản trước và sau khi được đem đi dự trữ. - Hệ thống có tính thẩm mĩ cao, đơn giản, chi phí thấp, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, tiết kiệm năng lượng, hoạt động ổn định. 1.2.2. Mục tiêu chi tiết Xây dựng hệ thống gồm ba phần chính: Phần nhận dữ liệu từ các cảm biến để thu thập các thông số môi trường. Phần mạng để người sử dụng có thể truy cập và theo dõi được tình hình bên trong nhà kho và có các biện pháp khắc phục, và còn có thể điều khiển từ xa các thiết bị được lắp đặt ở nhà kho. Phần tiết kiệm năng lượng để đảm bảo mô hình hoạt động với mức năng lượng tối ưu. 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu Tạo ra một hệ thống kiểm soát và làm giảm thiểu lượng nông sản bị thất thoát khi dự trữ trong nhà kho. Cảnh báo và diệt trừ các mối gây hại trong tự nhiên như: nấm mốc và các côn trùng. Hệ thống tương tác với người dùng một cách linh hoạt và tiện dụng, có khả năng hoạt động lâu dài với nguồn pin. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Kit KL46Z, NodeMCU. - Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22, chuyển động PIR, khoảng cách HC- SR04, mưa. - Module relay, module wifi ESP8266, module text LCD. - Hệ thống cơ sở dữ liệu MySQL. - Trang web tương tác giữa người dùng với hệ thống. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu lập trình web với ngôn ngữ PHP truyền nhận dữ liệu với hai phương thức GET và POST, thiết kế giao diện trang web với HTML và CSS. 6
21. S K L 0 0 2 1 5 4