Đặt vấn đề Trong Nông nghiệp hiện nay, sự ô nhiễm không khí, đất, nước ảnh hưởng rất nhiều đến sự sinh sản và phát triển của thực vật. Chính vì thế để có được một cây con khỏe mạnh, người nông dân sẽ tốn rất nhiều công sức cũng như tiền bạc để chăm sóc cho cây. Để tránh các tác nhân xấu làm ảnh hưởng tới cây thì vườn nhà kính à một lựa chọn sáng suốt cho những người nông dân vì nó có thể tách biệt với môi trường bên ngoài Để tối ưu vườn ươm, chúng em đã áp dụng tìm cách để giám sát và kiểm soát các yêu tố như độ ẩm đất, nhiệt độ, ánh sáng ở mức độ phù hợp cho cây và Internet of Things là giải pháp phù hợp nhất cho vấn đề này.2 Mục tiêu chọn đề tài Mục tiêu hướng tới khi chọn đề tài vườn ươm thông minh là ứng dụng thực tế vào môi trường trồng rau mầm tại các thành phố nơi thiếu đất đai màu mỡ và không khí bị ô nhiễm thông qua nhà kính bằng cách thiết kế hệ thống giám sát các thiết bị trong khu vườn qua mạng internet, các cảm biến như nhiệt độ, độ ẩm đọc dữ liệu từ môi trường sau đó các thông tin này sẽ được hiển thị và lưu trữ trên webserver, người dùng có thể quan sát và điều khiển các thiết bị như máy bơm, đèn từ xa qua internet. Thiết kế hệ thống có độ chính xác và khả năng hoạt động tốt với giá thành tương đối rẻ.
Đóng góp thúc đẩy sự phát triển của ngành trồng trọt theo xu hướng 4.2 Lý do chọn đề tài Việc chọn đề tài này là sự nhất quán giữa các thành viên trong nhóm với mục đích cải thiện năng suất cũng như tiết kiệm thời gian, công suất và chi phí bỏ ra trong việc sản xuất rau sạch. Vì thực tế, gia đình Hiếu ươm mầm năng suất còn kém và chi phí cũng như công suất bỏ ra khá nhiều mà vẫn chưa được tối ưu Chương 2 – LÝ THUYẾT CƠ BẢN 2.1 Vườn ươm là gì? Vườn ươm là một bộ phận không thể thiếu được của ngành trồng cây công nghiệp và cây ăn quả Vườn ươm là nơi ươm, trồng nhiều loại cây con trên các giá thể khác nhau như: trong xơ dừa, sỏi, mút xốp… để cung cấp cây con cho các hệ thống cây trồng trong nhà kính. Hiện tại có hai loại vườn ươm, vườn ươm cố định và tạm thời.1 Vườn ươm cố định Là loại vườn ươm có thời gian sử dung lâu dài, thực hiện cả 2 nhiệm vụ cơ bản của vườn ươm là chọn lọc, bồi dưỡng giống tốt và nhân nhanh, cung cấp đủ số lượng cây giống và cây giống có chất lượng cao cho sản xuất.2 Vườn ươm tạm thời Là loại vườn ươm chủ yếu để nhân giống. Vườn ươm này chỉ tồn tại trong một thời gian nhất ngắn sau khi đã hoàn thành nhiệm vụ cung cấp cây giống cho sản xuất.
Điều kiện khu vực vườn ươm phải kiểm soát được 2 yếu tố quan trọng nhất để cho quá trình nảy mầm đạt tỉ lệ cao đó là: Nhiệt độ, độ ẩm. Nhiệt độ cần cho vườn ươm từ 25-30ºC, độ ẩm 70-80% và được đo nhờ thiết bị cảm biến.1 Một vườn ươm ở công ty cung cấp cây giống Vĩnh Phúc Hình 2.2 Một mô hình nhà kính trồng cây 2.2 Các điều kiện thỏa mãn chuẩn cho 1 vườn ươm Để thảo mãn các yêu cầu cho việc ươm giống cây trồng thì vườn ươm phải các điều kiện nhất định sau: Nơi xây dựng vườn ươm phải bằng phẳng, có độ dốc nhỏ hơn 5 độ và tiêu thoát nước tốt, đất phải có kết cấu tốt, tầng canh tác phải dày, màu mỡ và có khả năng giữ nước, thoát nước hợp lý. Nguồn nước tưới phải được cung cấp đầy đủ đáp ứng đủ cho các tháng và năm dự tính Vị trí địa lý của vườn ươm phải được đặt ở nơi gần thị trường yêu cầu cây giống và có giao thông thuận lợi.3 Tiêu chuẩn điều kiện vườn ươm Ngoài ra, các tiêu chuẩn khác cụ thể và chi tiết hơn, vui lòng xem ở đây: 2.3 IOT- Internet vạn vật là gì? Internet of Things (IoT), là mạng lưới vạn vật kết kết nối internet nghĩa là mạng lưới các thiết bị, cảm biến kết nối với nhau, với internet thông qua địa chỉ IP. Khi mỗi vật hoặc con người trong mạng lưới được cung cấp bởi một định danh riêng, tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin qua mạng.
Không cần sự tương tác trực tiếp giữa người với người, giữa con người với máy tính. Phát triển của IoT là sự kết hợp của công nghệ truyền tải không dây, công nghệ vi cơ điện tử và đặc biệt hơn đó là mạng internet 2.4 Hệ thống kiểm soát vườn ươm có thể là gì? Để đáp ứng các nghiệp vụ của vườn ươm như đã đề cập ở trên, chúng ta xác định lại những nhiệm vụ cụ thể của 1 vườn ươm theo 1 cách dễ dàng triển khai hơn là: chăm sóc (tưới tiêu và phân bón, vi chất, vệ sinh), kiểm soát và tưới tiêu. Vậy để có 1 hệ thống kiểm soát tốt, ta phải thỏa tất cả các nhiệm vụ trên. Hệ thống IOT của chúng ta phải đáp ứng được khả năng hỗ trợ người canh 2.5 Kiến trúc của vườn ươm thông minh? 2.1 Hệ thống tưới tiêu Nguồn nước: Sử dụng nguồn nước mặt hoặc nước ngầm, song chất lượng nước tưới phải đảm bảo và trữ lượng dồi dào.
Máy bơm: để tạo áp hoặc dùng cột nước địa hình ở một số vùng núi cao. Động cơ: Có thể dùng động cơ điện hoặc động cơ Điêzen. Hệ thống đường ống: Nước từ nguồn được dẫn đến khu tưới bằng đường ống chính và ống nhánh. Trên các ống nhánh người ta lắp các vòi phun mưa nhân tạo để cung cấp nước cho cây trồng.
Có 2 loại đường ống thường dùng: Đường ống cố định và bán cố định. Vòi phun: o Vòi phun li tâm: Nước từ lỗ phun ra vòi với một áp lực nhất định vào đỉnh chóp và bật trở lại thành những giọt mưa phân bố trên một diện tích hình tròn.Do tốc độ li tâm và tốc độ quay sau khi tia nước tách khỏi miệng vòi sẽ phân tán đều theo các phía, dưới tác dụng của lực cản không khí, tia nước phân nhỏ thành những hạt mưa theo bốn phía của đầu phun. Đặc điểm loại này là khi áp lực không lớn; mức độ phân bố mưa vẫn tốt. Do vậy, loại vòi phun này có thể dùng cho áp lực thấp và tầm phun gần.
o Vòi phun tia: Nguyên lý làm việc của loại vòi phun này là dòng nước áp lực từ miệng vòi phun bắn ra gặp sức cản của không khí phân tán thành những hạt mưa phân bố đều trên một diện tích hình tròn. Để dòng nước phun được xa, trong ống phun lớn thường bố trí thiết bị chỉnh dòng. ở máy phun áp lực lớn người ta thường bố trí hai loại vòi phun. Vòi lớn có tác dụng phun xa, vòi nhỏ phun gần.
Như vậy đảm bảo được mật độ phun đồng đều. Loại vòi phun này thường có áp lực lớn và tầm phun xa.2 Hệ thống đo độ ẩm đất Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ẩm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao.3 Hệ thống cảm biến nhiệt độ Bao gồm 1 cặp nhiệt. Nhiệt điện trở (RTD) và mạch tích hợp (IC). Chương 3 – MÔ TẢ HỆ THỐNG 3.1 Một số hệ thống vườn ươm hiện có Hiện nay ở Việt Nam cũng đã xuất hiện một số các mô hình vườn ươm ứng dụng công nghệ IOT để điều hành việc tưới tiêu, kiểm soát thông số môi trường.
Mặc dù khái niệm IOT không còn gì xa lạ ở thị trường Việt Nam, cũng như là sự thật rằng các hệ thống này vẫn chưa được ứng dụng một cách rộng rãi và tuyêt đối nhất vì rất nhiều lý do khác nhau, có thể là do chi phí lắp đặt và bảo trì hoặc vì kiến thức của nông về công nghệ còn hạn hẹp, … Sau đây, chúng em sẽ trình bày về một số hệ thống có sẵn, sẽ có rất nhiều các tổ chức, công ty hoặc cá nhân có thể cung cấp dịch vụ lắp đặt và sáng chế, vì vậy, sau đây chỉ là một số ví dụ điển hình và phổ biến - Ví dụ 1: Hệ thống tưới tiêu vườn tự động PlantLink Hình 3.1 Hình ảnh cho Hệ thống tưới tiêu vườn tự động PlantLink (Nguồn) - Đối với hệ thống của PlanLink thì họ đánh giá hệ thống như sau: Vườn Tự động- Revel trong một khu vườn quản lý chính nó. Sensor PlantLink và cơ sở dữ liệucủa hơn 50.000 nhà máy đảm bảo xác định chính xác cây trồng và phát hiện đất đểđảm bảo các điều kiện tưới nước lý tưởng. Tiết kiệm năng lượng - Với kết nối được ZigBee, PlantLink cho phép tự do đặt cácliên kết và giám sát mức độ ẩm từ cách xa nhau tới 200 m, trong khi đòi hỏi sử dụng năng lượng tối thiểu. Ngăn Ngừa Dưới và Overwatering - Cải thiện sức khỏe của câytrồng và tuổi thọ với các thông báo nước thông thường của PlantLink.
Sử dụngHub của GreenIQ, người làm vườn có thể ghép cảm biến PlantLink với các đối táccảm biến sinh thái khác, chẳng hạn như Trạm thời tiết của Netatmo và Rain Gauge, để có thời tiết siêu địa phương để ngăn nước ngầm tưới hoặc tưới nước. Kết nối chi phí hiệu quả - Trạm cơ sở của PlantLink có thể đồngthời kết nối tới sáu bộ cảm biến vào một trung tâm GreenIQ Hub duy nhất, đạt được một bãi cỏ lưới hoàn toàn với chi phí thấp. - Ví dụ 2: Hệ thống chăm sóc cây tự động thông minh được xây dựng dựa trên các công nghệ IoT của nhóm sinh viên khoa Điện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Hệ thống hoạt động trên nguyên lí điều khiển không dây thông qua mạng wifi và điện thoại di động. Với mục đích đưa công nghệ tới tận tay người sử dụng, hệ thống được thiết kế đơn giản, người điều khiển hệ thống tưới cây có thể bật, tắt các thiết bị như: bơm, đèn, lên lịch tưới cây tự động, kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm đất, thời tiết, ánh sáng.Đây là một giải pháp khá tiện lợi cho các cư dân đô thị trong việc trồng rau xanh và chăm sóc hoa, cây cảnh.