Phát triển hệ thống IoT quan trắc môi trường nước nuôi cá, tôm

20/12/2024 13:42  

 1. Hệ thống tổng quan

Hệ thống sẽ bao gồm:

  1. Phần cứng IoT: Các cảm biến và thiết bị thu thập dữ liệu.
  2. Phần mềm trung gian (middleware): Xử lý và lưu trữ dữ liệu từ thiết bị.
  3. Nền tảng PHP: Giao diện quản lý, hiển thị dữ liệu, cảnh báo.
  4. Ứng dụng di động (tuỳ chọn): Để nhận cảnh báo và giám sát từ xa.

2. Triển khai phần cứng IoT

2.1. Các thiết bị cảm biến

  • pH Sensor: Đo độ axit/kiềm của nước.
  • DO Sensor: Đo hàm lượng oxy hòa tan.
  • Temperature Sensor: Đo nhiệt độ nước.
  • Ammonia (NH3) Sensor: Đo hàm lượng amoniac độc hại.
  • Turbidity Sensor: Đo độ đục của nước.

2.2. Bộ vi xử lý

  • Sử dụng ESP32 hoặc Raspberry Pi để thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến.
  • Gửi dữ liệu qua giao thức HTTP hoặc MQTT đến server.

2.3. Kết nối

  • Wi-Fi: Kết nối với mạng nội bộ hoặc Internet.
  • 4G/5G Module: Dùng ở khu vực không có Wi-Fi.
  • LoraWAN (tuỳ chọn): Kết nối diện rộng cho nhiều thiết bị.

2.4. Nguồn điện

  • Năng lượng mặt trời + pin dự phòng.

3. Triển khai phần mềm trên nền PHP

3.1. Backend PHP

  1. Framework gợi ý:

    • Laravel: Framework mạnh mẽ và hiện đại, hỗ trợ API và bảo mật tốt.
    • CodeIgniter: Nhẹ và dễ triển khai.
    • Hoặc sử dụng Core PHP nếu hệ thống nhỏ và đơn giản.

  2. Tính năng chính:

    • API tiếp nhận dữ liệu:
      • Cảm biến gửi dữ liệu qua HTTP POST/GET.
      • Endpoint ví dụ: POST /api/v1/sensor-data.
    • Lưu trữ dữ liệu:
      • Sử dụng MySQL hoặc PostgreSQL để lưu các thông số (pH, nhiệt độ, DO, NH3, độ đục, thời gian ghi nhận).
    • Cảnh báo tự động:
      • Khi một thông số vượt ngưỡng, hệ thống sẽ tự động gửi email/SMS hoặc kích hoạt webhook.

  3. Cấu trúc bảng dữ liệu MySQL (gợi ý):

     CREATE TABLE sensor_data ( id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, sensor_id VARCHAR(50), parameter VARCHAR(50), value FLOAT, timestamp TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ); 

3.2. Frontend

  1. Giao diện quản lý (Dashboard):

    • Biểu đồ hiển thị các thông số theo thời gian thực.
    • Tích hợp thư viện Chart.js hoặc Highcharts để hiển thị biểu đồ.
    • Trang thiết kế:
      • Trang theo dõi thời gian thực: Các thông số được cập nhật liên tục.
      • Trang lịch sử: Xem dữ liệu lịch sử theo khoảng thời gian.
      • Trang cấu hình: Đặt ngưỡng cảnh báo, cài đặt cảm biến mới.

  2. Responsive Design:

    • Sử dụng Bootstrap hoặc TailwindCSS để giao diện hoạt động tốt trên mọi thiết bị.

3.3. Cảnh báo tự động

  1. Email Notification:
    • Sử dụng thư viện PHPMailer để gửi email khi phát hiện thông số vượt ngưỡng.
  2. SMS Notification:
    • Tích hợp dịch vụ như Twilio, Nexmo, hoặc các nhà mạng trong nước.
  3. Push Notification:
    • Tích hợp Firebase Cloud Messaging (FCM) để gửi thông báo đến ứng dụng di động.

3.4. Tích hợp AI/ML (tuỳ chọn)

  • Sử dụng mô hình AI đơn giản để dự đoán các nguy cơ dựa trên dữ liệu thu thập.
  • Mô hình AI có thể được chạy trên server hoặc tích hợp Python qua API Flask/Django.

4. Quy trình triển khai

4.1. Bước 1: Thiết kế hệ thống

  • Lên sơ đồ hệ thống, kết nối giữa các thành phần phần cứng và phần mềm.
  • Xác định ngưỡng an toàn cho các thông số môi trường.

4.2. Bước 2: Lắp đặt phần cứng

  • Lắp đặt cảm biến trong ao nuôi, kết nối với ESP32 hoặc Raspberry Pi.
  • Đảm bảo nguồn điện và kết nối mạng ổn định.

4.3. Bước 3: Phát triển phần mềm

  • Xây dựng backend API và database trong PHP.
  • Thiết kế giao diện frontend (dashboard) và tích hợp với backend.
  • Kiểm tra việc thu thập và hiển thị dữ liệu theo thời gian thực.

4.4. Bước 4: Triển khai hệ thống

  • Đưa hệ thống vào hoạt động thực tế.
  • Theo dõi dữ liệu, kiểm tra độ chính xác của cảm biến.
  • Tinh chỉnh hệ thống dựa trên phản hồi từ thực tế.

5. Chi phí triển khai (dự kiến)

Hạng mục Chi phí (VNĐ)
Cảm biến (pH, DO, nhiệt độ) 3 - 5 triệu/cảm biến
ESP32 hoặc Raspberry Pi 1 - 2 triệu
Module Wi-Fi hoặc 4G 1 - 1.5 triệu
Hosting server (VPS) 2 - 5 triệu/năm
Phát triển phần mềm (PHP) 20 - 30 triệu
Tổng chi phí dự kiến: 30 - 50 triệu

6. Lợi ích kinh tế

  • Giảm thiểu rủi ro: Phát hiện và xử lý sớm các sự cố môi trường.
  • Tăng năng suất: Tối ưu điều kiện nuôi trồng, cá khỏe mạnh và phát triển tốt hơn.
  • Tiết kiệm chi phí: Giảm công lao động và tiết kiệm thời gian.

Nếu bạn quan tâm triển khai, hãy cho tôi biết thêm về yêu cầu cụ thể (ví dụ: quy mô, ngân sách, hoặc tính năng chi tiết). Tôi có thể hỗ trợ thiết kế hệ thống hoặc xây dựng mô hình mẫu.


quan trắc môi trường   IoT