Hệ Thống Tưới Cây Tự Động | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA AN TOÀN THÔNG TIN BÁO CÁO
HỌC PHẦN: IOT VÀ ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Nhóm 12 Sinh viên thực hiện:
B22DCAT253 Đinh Thị Thanh Tâm B22DCAT133 Trần Ngọc Huân
B22DCAT225 Nguyễn Việt Phương
B22DCAT321 Trần Thị Hải Yến
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tài Tuyên
HỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2025-2026 MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................................................2
1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG....................................................................................................3
1.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC LINH KIỆN VÀ MODULE.........................................................3
1.2.1 ESP32 DevKitC v4.........................................................................................................3
1.2.2 Cảm biến DHT22 (AM2302).........................................................................................4
1.2.3 Cảm biến độ ẩm đất (Soil Moisture Sensor)..................................................................5
1.2.4 Cảm biến mưa (Rain Sensor Module)............................................................................6
1.2.5 Cảm biến mực nước XKC-Y26-NPN............................................................................6
1.2.6 Module Relay 1 kênh 5V................................................................................................7
1.2.7 Bơm mini DC.................................................................................................................8
1.3 KẾT NỐI CÁC LINH KIỆN...................................................................................................9
1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHÍNH..................................................................................10 2
1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG
Hệ thống tưới cây thông minh sử dụng vi điều khiển ESP32 DevKitC v4 làm trung tâm điều khiển.
ESP32 có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các cảm biến môi trường, xử lý điều kiện tưới v
điều khiển bơm qua module relay.
Dữ liệu được hiển thị và điều khiển trực tiếp trên ứng dụng MIT App Inventor.
Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, đồng thời hỗ trợ chế độ thủ công cho phép ngườ
dùng bật/tắt bơm trực tiếp từ điện thoại.
1.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC LINH KIỆN VÀ MODULE
1.2.1 ESP32 DevKitC v4
- Giới thiệu: ESP32 DevKitC v4 là bo phát triển tích hợp vi điều khiển ESP32 của
hãng Espressif. Đây là dòng chip mạnh mẽ, được thiết kế cho các ứng dụng IoT, có
tích hợp WiFi và Bluetooth BLE, giúp kết nối không dây dễ dàng với các thiết bị
hoặc nền tảng di động.
- Thông số kỹ thuật chính:
o CPU: Dual-core Xtensa LX6, tốc độ lên đến 240 MHz o RAM: 520 KB SRAM o Flash: 4 MB
o Điện áp hoạt động: 3.3V (nguồn cấp 5V qua cổng USB hoặc chân VIN)
o Kết nối không dây: WiFi 2.4GHz, Bluetooth 4.2 BLE
o Giao tiếp: UART, SPI, I2C, ADC, PWM, GPIO... - Chức năng:
o Là bộ điều khiển trung tâm của hệ thống tưới cây.
o Đọc dữ liệu từ các cảm biến (DHT22, độ ẩm đất, mưa, mực nước).
o Phân tích dữ liệu, so sánh với ngưỡng cài đặt để ra quyết định bật/tắt bơm tự động.
o Giao tiếp với MIT App Inventor, gửi dữ liệu cảm biến và nhận lệnh điều khiển thủ công.
- Nguyên lý hoạt động: ESP32 nhận tín hiệu analog/digital từ các cảm biến qua các
chân GPIO, xử lý dữ liệu bằng thuật toán đã lập trình, sau đó gửi lệnh kích module
relay (GPIO26) để bật bơm khi đất khô, tắt khi đủ ẩm hoặc có mưa. 3 Hình 1 ESP32
1.2.2 Cảm biến DHT22 (AM2302)
- Giới thiệu: DHT22 là cảm biến kỹ thuật số chuyên đo nhiệt độ và độ ẩm không
khí. So với DHT11, nó có độ chính xác cao hơn và dải đo rộng hơn. Cảm biến gia
tiếp với vi điều khiển bằng giao thức 1-wire (một dây dữ liệu).
- Thông số kỹ thuật:
o Nhiệt độ đo: -40°C → +80°C (sai số ±0.5°C)
o Độ ẩm đo: 0–100% RH (sai số ±2–5%)
o Điện áp hoạt động: 3.3V – 5V
o Chu kỳ lấy mẫu: 2 giây/lần - Chức năng:
o Đo nhiệt độ và độ ẩm không khí khu vực trồng cây.
o Giúp hệ thống đánh giá điều kiện môi trường để điều chỉnh tần suất tưới.
o Dữ liệu được gửi đến GPIO15 của ESP32.
- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến sử dụng điện cực polymer để đo độ ẩm và cảm
biến nhiệt điện trở NTC để đo nhiệt độ. Dữ liệu được truyền số hóa về ESP32 dướ
dạng tín hiệu digital, không cần ADC. 4
Hình 2 Cảm biến DHT22
1.2.3 Cảm biến độ ẩm đất (Soil Moisture Sensor)
- Giới thiệu: Cảm biến độ ẩm đất sử dụng hai điện cực (hoặc bản mạch kim loại) để
đo điện trở giữa chúng. Khi đất ẩm, điện trở giảm; khi đất khô, điện trở tăng.
- Thông số kỹ thuật:
o Điện áp hoạt động: 3.3–5V o Đầu ra: Analog (0–5V)
o Dải đo: 0% – 100% độ ẩm đất (tương đối) - Chức năng:
o Cảm biến chính giúp xác định độ ẩm đất của cây trồng.
o Khi giá trị thấp hơn ngưỡng (ví dụ <40%), ESP32 kích relay để bật bơm.
o Khi giá trị đạt ngưỡng (ví dụ >60%), ESP32 tự động tắt bơm.
o Tín hiệu analog được đọc tại chân GPIO34 của ESP32, thông qua mạch chia áp
10k/20k để giảm mức điện áp 5V xuống 3.3V an toàn.
- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý dẫn điện của nước
trong đất. Đất càng ẩm thì khả năng dẫn điện càng cao, tín hiệu điện áp càng lớn
ESP32 sẽ đọc giá trị này để quyết định bật/tắt bơm. 5
Hình 3 Cảm biến độ ẩm đất
1.2.4 Cảm biến mưa (Rain Sensor Module)
- Giới thiệu: Cảm biến mưa gồm một tấm điện cực và một mạch khuếch đại tín hiệu
(thường dùng IC LM393). Khi nước mưa chạm vào bề mặt, điện trở giảm và mạch
xuất tín hiệu logic tương ứng.
- Thông số kỹ thuật:
o Điện áp hoạt động: 3.3–5V
o Đầu ra: Analog (0–5V) và Digital (0/1)
o Kích thước tấm điện cực: 5x4 cm - Chức năng:
o Phát hiện trạng thái trời mưa hay khô ráo.
o Khi trời mưa, gửi tín hiệu về chân GPIO35 của ESP32.
o Giúp hệ thống tạm dừng tưới tự động khi mưa để tiết kiệm nước và tránh ngập.
- Nguyên lý hoạt động: Tấm điện cực sẽ dẫn điện tốt hơn khi có nước, tạo ra tí
hiệu điện áp thấp hơn. ESP32 đọc giá trị này để xác định có mưa hay không.
Hình 4 Cảm biến mưa
1.2.5 Cảm biến mực nước XKC-Y26-NPN
- Giới thiệu: XKC-Y26 là cảm biến mực nước không tiếp xúc, hoạt động theo
nguyên lý điện dung. Khi mức nước đạt đến điểm đặt, cảm biến phát hiện sự thay
đổi điện trường qua thành bình và xuất tín hiệu ra.
- Thông số kỹ thuật: o Nguồn: 5V DC
o Kiểu ngõ ra: NPN (Active Low)
o Khoảng cách phát hiện: 0–10 mm (qua thành bình nhựa, thủy tinh)
o Tín hiệu ra: Digital (0/1) - Chức năng:
o Theo dõi mực nước trong bể chứa để đảm bảo bơm không chạy khi hết nước.
o Khi nước cạn, cảm biến gửi tín hiệu thấp về GPIO32 của ESP32, giúp dừng bơm. 6
o Giúp bảo vệ bơm và tiết kiệm năng lượng.
- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến phát trường điện dung và nhận biết sự thay đổi
khi môi trường xung quanh thay đổi điện môi (nước có hằng số điện môi cao). Khi
phát hiện nước, cảm biến cho tín hiệu HIGH hoặc LOW tùy cấu hình.
Hình 5 Cảm biến mực nước
1.2.6 Module Relay 1 kênh 5V
- Giới thiệu: Relay là thiết bị đóng/ngắt mạch điện bằng điện từ. Module relay 1
kênh tích hợp transistor kích, diode chống ngược và LED báo trạng thái, hoạt động
ổn định với tín hiệu điều khiển 3.3V từ ESP32.
- Thông số kỹ thuật:
o Điện áp hoạt động: 5V DC o Dòng kích: ~70 mA
o Dòng tải: tối đa 10A 250VAC / 10A 30VDC o Kiểu relay: SRD-05VDC-SL-C - Chức năng:
o Nhận tín hiệu từ GPIO26 để đóng/ngắt bơm.
o Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển (ESP32) và mạch công suất (bơm).
o Có thể điều khiển bơm, van điện từ, hoặc thiết bị 5V/12V khác.
- Nguyên lý hoạt động: Khi ESP32 xuất mức HIGH (3.3V), transistor trong module
dẫn, dòng chạy qua cuộn dây relay → đóng tiếp điểm NO (Normally Open) → bơm được cấp điện. 7
Hình 6 Module Relay 1 kênh 5V
1.2.7 Bơm mini DC
- Giới thiệu: Bơm mini DC 5V là loại bơm màng hoặc bơm ly tâm kích thước nhỏ,
thường dùng trong hệ thống tưới cây tự động hoặc thủy canh mini.
- Thông số kỹ thuật:
o Điện áp hoạt động: 3–6V DC
o Dòng tiêu thụ: 300–500 mA
o Lưu lượng: 1–2 lít/phút (tùy loại) - Chức năng:
o Thực hiện tưới nước cho cây khi được kích hoạt.
o Bơm được điều khiển bởi relay theo lệnh từ ESP32.
o Dừng hoạt động khi đất đủ ẩm, mưa hoặc nước trong bể cạn.
Hình 7 Bơm mini DC 8
Bảng 1. Bảng tổng hợp chức năng các linh kiện
Tên linh kiện / STT Chức năng module
Vi điều khiển trung tâm, có tích hợp WiFi, thực hiện đọc dữ 1
ESP32 DevKitC v4 liệu từ cảm biến và điều khiển relay. Giao tiếp với ứng dụng
MIT App Inventor qua giao thức HTTP. Cảm biến DHT22
Đo nhiệt độ (°C) và độ ẩm không khí (%RH). Gửi dữ liệu 2 (AM2302)
định kỳ về ESP32 qua chân digital.
Cảm biến độ ẩm đấtĐo độ ẩm đất (%), xuất tín hiệu analog tương ứng với độ ẩm, 3 (Soil Moisture
giúp hệ thống quyết định khi nào cần tưới. Sensor)
Cảm biến mưa (RainPhát hiện trạng thái mưa dựa trên độ dẫn điện của bề mặt cảm 4 Sensor Module)
biến. Khi có mưa, ESP32 sẽ tạm ngưng tưới.
Phát hiện mực nước trong bồn chứa mà không cần tiếp xúc Cảm biến mực nước 5
trực tiếp với nước. Xuất tín hiệu analog về ESP32 để xác định XKC-Y26-NPN bồn còn nước hay không.
Relay 1 kênh 5V Đóng/ngắt nguồn điện cho bơm nước hoặc van điện từ. Khi 6 (Module điều khiển
relay bật, bơm hoạt động để tưới cây. bơm)
Bơm nước từ bồn chứa ra hệ thống tưới. Hoạt động dựa trên 7 Bơm mini DC
tín hiệu điều khiển từ relay. Nguồn 5V-2A
Cấp điện riêng ổn định cho ESP32 để đảm bảo kết nối WiFi 8 (ESP32) hoạt động ổn định.
Nguồn 5V-2A (RelayCấp điện cho mạch relay và bơm nước. Giúp cách ly dòng tải 9 + bơm)
khỏi ESP32, đảm bảo an toàn.
1.3 KẾT NỐI CÁC LINH KIỆN
Bảng 2. Bảng kết nối các linh kiện
Linh kiện / Module Chân module Chân ESP32 VCC → 3.3V
Đọc nhiệt độ & độ ẩm DHT22 GND → GND không khí DATA → GPIO15 Cảm biến độ ẩm đất AO → GPIO34
Đọc độ ẩm đất analog VCC → 3.3V 9
Linh kiện / Module Chân module Chân ESP32 GND → GND AO → GPIO35 Cảm biến mưa VCC → 3.3V Phát hiện mưa (analog) GND → GND OUT → GPIO32
Cảm biến mực nước XKC- VCC → 5V Đo mực nước trong bồn Y26-NPN GND → GND IN → GPIO26 Relay 1 kênh 5V VCC → 5V
Điều khiển bơm (bật/tắt) GND → GND + → Nguồn 5V – → Relay COM
Bơm nước DC / Van điện từ Bật/tắt theo relay Relay NO → Nguồn âm (12V–) Cấp qua cổng Micro-USB Nguồn 5V cho ESP32
Cấp điện riêng ổn định hoặc Vin
Cấp điện độc lập, tránh sụt Nguồn 5V cho bơm Cấp qua module relay áp
1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHÍNH
Luồng hoạt động chính: ESP32 đọc dữ liệu từ các cảm biến:
- DHT22: nhiệt độ & độ ẩm không khí
- Soil Sensor: độ ẩm đất
- Rain Sensor: phát hiện mưa
- XKC-Y26: mực nước trong bồn
Khi độ ẩm đất < ngưỡng cho phép và không có mưa, ESP32 kích relay → bơm hoạt động
Khi độ ẩm đất đạt ngưỡng, mưa xuất hiện, hoặc bồn cạn nước, ESP32 ngắt relay → tắ bơm.
Dữ liệu được cập nhật liên tục lên ứng dụng MIT App Inventor, nơi người dùng có thể:
- Giám sát các giá trị cảm biến theo thời gian thực.
- Bật/tắt bơm thủ công.
- Chuyển giữa chế độ Tự động / Thủ công.
- Lựa chọn loại cây và loại đất (ảnh hưởng ngưỡng tưới). 10