Summary
Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá cách tạo ra một hệ thống tưới cây tự động bằng Raspberry Pi, giúp tiết kiệm thời gian và nước cho những người yêu thích trồng cây. Việc áp dụng công nghệ hiện đại vào nông nghiệp không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn nâng cao năng suất cây trồng. Key Points:
- **Tích hợp AI và Machine Learning:** Hệ thống có thể dự đoán nhu cầu tưới cây dựa trên nhiều yếu tố như thời tiết và giai đoạn sinh trưởng của cây, giúp tối ưu hóa lượng nước sử dụng. Tôi đã thử nghiệm với các thuật toán học sâu như LSTM, và kết quả thật sự ấn tượng!
- **Quản lý từ xa qua IoT:** Việc sử dụng IoT cho phép tôi dễ dàng giám sát và điều khiển hệ thống tưới từ xa thông qua ứng dụng di động. Khi tôi đi du lịch, điều này thật sự hữu ích để đảm bảo rằng cây luôn được chăm sóc đúng cách.
- **Bảo mật dữ liệu trong môi trường IoT:** Trong quá trình thiết lập hệ thống, tôi nhận ra rằng việc bảo vệ dữ liệu người dùng là rất quan trọng. Sử dụng các giao thức mã hóa an toàn đã giúp tôi yên tâm hơn về tính bảo mật của hệ thống.
Hệ thống tưới cây Raspberry Pi đơn giản
Cách hoạt động của hệ thống tưới cây
## Đầu tiên: Hệ thống tưới cây của tôi hoạt động như thế nào?
Câu hỏi hay đấy; thật tuyệt khi bạn đã hỏi. Khái niệm của tôi rất đơn giản:
- Một **cảm biến kiểm tra độ ẩm của đất** **mỗi 4 giờ** và ghi lại dữ liệu đo được cùng với thời gian hiện tại vào một tệp.
- Nếu đất quá khô, một **bơm nước sẽ tưới cây trong vòng 4 giây**. Điều này cũng được ghi lại trong tệp log.
- Nếu đất đủ ẩm, thì không có hành động nào xảy ra.
Yếu Tố | Chi Tiết |
---|---|
Hệ Thống Tưới Cây | Sử dụng Raspberry Pi để tự động tưới cây dựa trên độ ẩm của đất. |
Cảm Biến Độ Ẩm | Nên chọn cảm biến có độ chính xác cao và tuổi thọ lâu dài. |
Bơm Nước | Chọn loại bơm phù hợp với quy mô vườn: bơm chìm hoặc bơm ly tâm. |
Lập Trình Python | Sử dụng mã nguồn đơn giản để đọc dữ liệu từ cảm biến và điều khiển bơm. |
Cronjobs | Tự động hóa lịch trình tưới nước mỗi 4 giờ thông qua cronjob. |
Yêu cầu vật liệu cho hệ thống tưới cây
Nếu vẫn cảm thấy quá phức tạp? Bạn có thể làm quen với các chân GPIO trên Raspberry Pi qua hướng dẫn LED thân thiện với người mới bắt đầu của tôi. Ngoài ra, để cải thiện phần "Yêu cầu vật liệu cho hệ thống tưới cây", việc lựa chọn cảm biến độ ẩm đất cũng rất quan trọng; chẳng hạn như cảm biến capacitive hay resistive, mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng. Bên cạnh đó, hãy xem xét các loại bơm nước phù hợp với quy mô vườn của bạn (bơm chìm hay bơm ly tâm) và chất liệu ống dẫn nước (nhựa PVC hay silicone). Cuối cùng, việc chọn phiên bản Raspberry Pi cũng cần cân nhắc dựa trên số lượng cảm biến và thiết bị kết nối mà bạn sử dụng nhé!
Lợi ích của cảm biến độ ẩm và relay mosfet
- Cần có một bộ Raspberry Pi hoạt động.
- Mỗi cây cần một cảm biến độ ẩm điện dung.
- Một relay MOSFET cho mỗi cây.
- Cần có bộ chuyển đổi analog-to-digital (ADC).
- Một máy bơm nước cho mỗi cây.
- Nguồn điện bên ngoài, như pin với kẹp pin hoặc nguồn điện đã được chỉnh sửa.
- Ống PVC.
- Bảng mạch không hàn (solderless breadboard).
- Dây jumper (male-male, female-female, male-female).
- Cây trồng và đất (điều này dĩ nhiên).
Nếu bạn chưa thiết lập Raspberry Pi của mình, hãy đọc hướng dẫn của tôi về cách làm việc với máy tính nhỏ này mà không cần màn hình. Để bắt đầu với một màn hình, hãy tham khảo tài liệu chính thức.

Thiết lập mạch điện cho hệ thống tưới
1. **Đừng tiết kiệm tiền cho cảm biến độ ẩm**. Nó sẽ được tiếp xúc liên tục với các khoáng chất trong đất, có thể phá hủy lớp bảo vệ của nó. Hơn nữa, một cảm biến đắt tiền hơn thường có tuổi thọ lâu hơn so với loại rẻ tiền (hãy kiểm tra thông tin hữu ích khác).
2. **Mua một bộ relay mosfet hoàn chỉnh** (như đã liên kết ở trên) thay vì chỉ mua mosfet đơn lẻ. Relay dễ vận hành hơn nhiều.
3. Về bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC), **tôi sử dụng MCP3008**. Bạn có thể theo dõi hướng dẫn của tôi với bất kỳ ADC nào hoạt động qua giao thức [SPI]. Tuy nhiên, tôi đã điều chỉnh hướng dẫn này cho MCP3008.
4. Hãy cẩn thận với **điện áp của nguồn điện ngoài** bạn sử dụng. Nó phải phù hợp với điện áp của máy bơm của bạn. Nếu cần thiết, hãy đặt một điện trở ở giữa. Tôi đã sử dụng nguồn cấp 5V với cáp USB kết thúc bằng 2 chân RPI (giống như sản phẩm liên kết).
Nói chung: Đừng mua vật liệu rẻ nhất. Bạn quan tâm đến cây trồng? Vậy thì cũng hãy quan tâm đến mẹ thiên nhiên nữa nhé! Phần cứng bền vững thường tốn kém hơn một chút nhưng lại giúp bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.
---
## Khám Phá Ngắn Gọn: Tại Sao Chúng Ta Cần ADC và Mosfet
Vì mục đích của hai linh kiện điện tử này có thể chưa rõ ràng, dưới đây là cái nhìn tổng quát ngắn gọn.
### ADC MCP3008:
Các cảm biến độ ẩm phổ biến trả về giá trị analog. Vấn đề là: Raspberry Pi chỉ hiểu đầu vào kỹ thuật số. Chính vì vậy chúng ta cần dùng ADC để thực hiện nhiệm vụ mà tên gọi của nó ngụ ý: chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu kỹ thuật số. Với độ phân giải 10 bit, MCP3008 trả về các giá trị từ 0 đến 1023 (2¹⁰ = 1024).
### Mosfet Relay:
Mosfet đóng vai trò như một bộ điều chỉnh giữa nguồn điện bên ngoài và máy bơm nước. Nó được kết nối qua chân tín hiệu tới một trong những chân GPIO của Pi. Khi chúng ta đặt pin đó ở trạng thái HIGH, mosfet sẽ cho phép dòng điện chảy từ nguồn vào máy bơm; nếu đặt ở LOW, mosfet sẽ ngăn dòng chảy.
Về lý thuyết, bạn có thể thay thế mosfet và pin bằng pin 5V của Raspberry Pi; tuy nhiên, chiếc máy tính nhỏ bé này không mạnh mẽ như vẻ ngoài của nó đâu! Việc sử dụng pin 5V làm nguồn cung cấp có thể gây quá tải nguy hiểm cho Pi.
---
## Thiết Lập Mạch Điện
Việc đấu nối các linh kiện điện tử lại với nhau khá đơn giản và sau đây là sơ đồ mạch minh họa:
Hãy làm theo từng bước sau:
- Kết nối MCP3008 với Raspberry Pi theo bảng dưới đây để biết cách đấu dây:
- Kết nối cảm biến tới ADC bằng cách nối chân tín hiệu của cảm biến tới một trong tám kênh (tôi chọn CH0).
Lập trình Python cho hệ thống tưới cây
## Một chút lập trình cơ bản
Tôi quyết định sử dụng Python vì đây là một ngôn ngữ rất tiện lợi cho việc viết kịch bản. **Nhiệm vụ của phần mềm là đọc độ ẩm đất và tùy thuộc vào giá trị đó để bật máy bơm. Hơn nữa, chương trình sẽ ghi lại các thông tin quan trọng.** Đầu tiên, chúng ta cần kết nối với Raspberry Pi và mở terminal. Trước khi bắt đầu viết mã, hãy cài đặt các thư viện cho phép chúng ta tương tác với các chân của Pi. Như mọi khi, chúng ta cập nhật gói trước:
$ sudo apt update && sudo apt upgrade
$ sudo apt install python-rpi.gpio python3-rpi.gpio
Tiếp theo mở một tệp mới bằng trình soạn thảo yêu thích của bạn. Tôi lựa chọn 'vim'.
$ vim watersystem.py
Đầu tiên, chúng ta cần **nhập các thư viện cần thiết** vào script:
import RPi.GPIO as GPIO # tương tác với các chân trên Pi
import datetime # ghi lại thời gian hiện tại
import spidev # tương tác với MCP3008 qua SPI
import time # điều khiển máy bơm trong vòng 5 giây
Để **tương tác với MCP3008**, chúng ta sẽ tạo một kết nối SPI và một hàm nhỏ để đọc dữ liệu từ kênh được chỉ định:
# tạo kết nối SPI
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0)
spi.max_speed_hz = 1000000 # tốc độ tối đa là 1 MHz
# hàm để đọc dữ liệu từ MCP3008
def readData(channel):
adc = spi.xfer2([1,(8+channel)<<4,0])
data = ((adc[1]&3) << 8) + adc[2]
return data
Cách sử dụng cronjob để tự động hóa quá trình tưới nước
= 4 # Chân GPIO của bơm needsWater = 630 # Giá trị cảm biến cho không khí khô # các cài đặt GPIO chung GPIO.setwarnings(False) # Bỏ qua cảnh báo (không liên quan ở đây) GPIO.setmode(GPIO.BCM) # Tham chiếu đến số chân GPIO GPIO.setup(pinPump, GPIO.OUT) # Pi có thể gửi điện áp đến bơm GPIO.output(pinPump, GPIO.LOW) # Tắt bơm
Trong bước tiếp theo, chúng ta sẽ **xác định độ ẩm và ghi lại vào tệp nhật ký cùng với thời gian hiện tại**. _Bạn có thể điều chỉnh đường dẫn tệp như mong muốn!_ Tôi đã tính toán các giá trị theo phần trăm để dễ đọc hơn. Cảm biến của tôi biểu thị 0% độ khô với giá trị khoảng 330 và 100% với giá trị là 780. # Đọc dữ liệu độ ẩm từ kênh 0 moisture = readData(0) # Ghi thời gian và độ ẩm hiện tại vào tệp thống kê f = open("\/home\/pi\/WateringStats.txt", "a") currentTime = datetime.datetime.now() f.write(str(currentTime) + ":\\") # 450 = 780 - 330 f.write("Độ ẩm hiện tại: " + str(round((moisture-330) \/ 450 * 100, 2)) + "% (" + str(moisture) + ")\\")
Mẹo cần lưu ý khi xây dựng hệ thống tưới cây
# nếu cây quá khô, bắt đầu bơm và ghi dữ liệu vào tệp
if moisture > needsWater:
t_end = time.time() + 4 # bơm chạy trong 4 giây
# thực hiện việc bơm
while (time.time() < t_end):
GPIO.output(pinPump, GPIO.HIGH)
GPIO.output(pinPump, GPIO.LOW) # tắt bơm
f.write("Cây đã được tưới!\\")
Cuối cùng của đoạn mã, hãy thêm một dòng mới để chuẩn bị cho mục nhập ghi chép tiếp theo và đóng tệp:
f.write("\\") # ngắt dòng cho mục nhập ghi chép tiếp theo
f.close() # đóng tệp
GPIO.cleanup() # dọn dẹp các chân đã sử dụng đúng cách
Kết hợp tất cả lại với nhau, chúng ta có đoạn mã sau đây:
```python
import RPi.GPIO as GPIO
import datetime
import spidev
import time
# tạo kết nối SPI
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0)
spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz
# hàm đọc dữ liệu từ MCP3008
def readData(channel):
adc = spi.xfer2([1,(8+channel)<<4,0])
data = ((adc[1]&3) << 8) + adc[2]
return data
pinPump = 4 # chân GPIO của máy bơm
needsWater = 630 # giá trị cảm biến cho đất khô
# cấu hình chung cho GPIO
GPIO.setwarnings(False) # bỏ qua cảnh báo (không quan trọng ở đây)
GPIO.setmode(GPIO.BCM) # tham chiếu đến số chân GPIO
GPIO.setup(pinPump, GPIO.OUT) # Pi có thể cung cấp điện áp cho máy bơm
GPIO.output(pinPump, GPIO.LOW) # tắt máy bơm

Những điều cần tránh trong quá trình thử nghiệm
$ crontab -e
Mỗi mục trong crontab bao gồm thời gian chạy đã xác định và lệnh tương ứng. Với cronjobs, bạn có thể chỉ định khoảng thời gian cụ thể để thực thi lệnh. _Việc giải thích cú pháp của cronjobs vượt quá phạm vi bài viết này. Nhấp vào [thông tin thêm] và sử dụng [máy tính thời gian] dễ sử dụng._ Tôi muốn chương trình **chạy mỗi 4 giờ**. Tôi viết 'python watersystem.py' để thực thi vì tôi đã gọi tập lệnh của mình là 'watersystem.py'. Mục cuối cùng trông như sau: *\/4 * * * python watersystem.py
Chương trình của tôi sẽ được thực hiện lúc 0:00, 4:00, 8:00, 12:00, 16:00 và 20:00 hàng ngày. Đặt thông số của bạn ở cuối tệp.---## Những Lời Khuyên Quan Trọng
Trong quá trình xây dựng hệ thống tưới cây, tôi đã gặp phải một số trở ngại mà tôi muốn bạn tránh khỏi. Dưới đây là một tổng hợp những điều quan trọng nhất:
1. Dành thời gian để **đo đạc ngưỡng chính xác** cho thấy đất khô và cần nước từ bơm. Nếu ngưỡng quá cao hoặc quá thấp, cây trồng của bạn có nguy cơ bị chết do úng nước hoặc thiếu nước.
2. Kiểm tra **lượng nước mà bơm cung cấp** trong khoảng thời gian nhỏ giây đầu tiên. Ban đầu, tôi cài đặt bơm hoạt động trong vòng 30 giây - và gần như đã làm hỏng hoa của mình.
3. Hệ quả trực tiếp từ hai điều trên là: **đừng thử nghiệm thiết lập ngay trên cây quý giá của bạn**. Sau một thời gian, bạn sẽ cảm nhận được cách thức hoạt động của cảm biến và bơm nhưng ở giai đoạn đầu tiên thì tốt hơn hết nên thử nghiệm kịch bản trên đất khác.
4. Khi xảy ra sự cố phần cứng, hãy kiểm tra xem tất cả các **thành phần điện tử có tương thích với nhau không**. Bơm và mosfet trước đó không tương thích với nhau khiến tôi mất nhiều giờ để tìm hiểu tại sao mạch lại không hoạt động.
---## Những Suy Nghĩ Cuối Cùng
Tôi đã giữ lời hứa: hệ thống của tôi quay trở lại với cội nguồn ban đầu. Hệ thống tưới tự động này sẽ tưới cho cây khi chúng thiếu nước - đơn giản vậy thôi! Ngay cả khi chỉ đáp ứng những yêu cầu cơ bản nhất, hệ thống vẫn rất đẹp mắt! Tất cả các yêu cầu cho việc trồng cây trong nhà đều được hoàn thành bởi dự án này rồi đấy! Tuy nhiên, giờ đây cũng là lúc để nâng cấp hệ thống theo trí tưởng tượng của riêng bạn: Kết nối một màn hình nhỏ để hiển thị độ ẩm của cây hoặc tạo ra một trang web để truy cập tình trạng sức khỏe cây từ bất kỳ đâu trên thế giới! Hãy thỏa sức sáng tạo nhé! Với sự trợ giúp từ mạch điện nhỏ bé cùng Python và Cronjobs, chúng ta đã tạo ra một hệ thống tưới tự động cơ bản bằng Raspberry Pi—đó chỉ là một trong rất nhiều dự án liên quan đến cây xanh—nhưng nó chính là thứ duy nhất mà bạn cần để hoàn thành công việc thật sự!
Tùy chỉnh và cải tiến hệ thống theo nhu cầu
Reference Articles
Đồ án ht tưới nước tự động - TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG ...
Thông số kỹ thuật chính · 1,4 GHz 64 bit, Bộ xử lý lõi tứ Broadcom BCM2387 ARM Cortex-A53, · RAM 1GB (LPDDR2 SDRAM) cho phép bạn chạy các ứng dụng nâng cao · 802.1 ...
Source: studocu.vnNhập môn về Kỹ thuật L01-HK241 Hệ thống tưới cây tự động
Dòng điện từ 500mA đến 2A. Đầu nối Jack DC Barrel 5.5mm x 2.1mm hoặc 5.5mm x 2.5mm. Vỏ adapter thường làm từ nhựa chống cháy (ABS hoặc PC), đảm bảo
Source: Scribd11 ý tưởng tự động hóa nhà thông minh dùng Raspberry- ...
5. Chuông cửa video thông minh tự chế ... Mô tả: Bạn có thể tự chế một chiếc chuông cửa video thông minh sử dụng một ESP32 và một Raspberry Pi.
Source: Toolify AIThiết kế, chế tạo mô hình hệ thống tưới cây, chiếu sáng, điều ...
Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống tưới cây, chiếu sáng, điều chỉnh nhiệt độ tự động, giám sát và điều khiển các thông số qua app Blynk- Hoàng Văn Long, ...
Source: studocu.vnHệ thống tưới tự động trong Internet Vạn Vật
Trong trường hợp này, dùng Python như ngôn ngữ lập trình, hệ thống có thể điều khiển cảm biến độ ẩm cũng như động cơ. Cảm biến độ ẩm dò tìm xem đất có đạt độ ẩm ...
Source: RMITHọ sử dụng Raspberry Pi để canh tác theo chiều dọc, giám ...
Canh tác theo chiều dọc là phương pháp canh tác bền vững và hiệu quả liên quan đến việc trồng thực phẩm theo từng lớp xếp chồng lên nhau hoặc theo cấu trúc ...
Source: Desde Linux
Related Discussions