Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống - Chương 4: Thi công mô hình và kết quả - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỒNG CÂY CÔNG NGHỆ CAO 2.1 Mô hình công nghệ cao áp dụng Internet kết nối vạn vật ( IoT) Mô hình nông nghiệp công nghệ cao đang dần trở thành xu hướng trong thời đại hiện nay. Nó đặt nền tảng cho việc tích hợp các công nghệ mới trong lĩnh vực nông nghiệp, với mục tiêu tạo ra những bước đột phá về năng suất và chất lượng nông sản, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội và đảm bảo sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp quốc gia. Sự phát triển của công nghệ Internet vạn vật (IoT) đã mang lại những đột phá đáng kể trong ngành nông nghiệp hiện đại. Thông qua IoT, các quá trình như giám sát, thu thập dữ liệu, phân tích thông tin và điều khiển được thực hiện một cách tự động, thông minh và từ xa.
Điều này cho phép người dùng kiểm soát và quản lý mọi hoạt động một cách dễ dàng, hiệu quả, tiết kiệm thời gian và nhân công. Với sự hỗ trợ của IoT, người nông dân có thể linh hoạt theo dõi và can thiệp vào quá trình sản xuất một cách nhanh chóng giúp vượt qua những hạn chế trong quá trình chăm sóc và sản xuất [1].2 Mô hình nông nghiệp sử dụng máy bay không người lái Mô hình máy bay không người lái (UAV) là thiết bị ưu việt thường được áp dụng tại các trang trại nông nghiệp công nghệ cao, quy mô lớn. UAV trong nông nghiệp là thiết bị được điều khiển từ xa cho phép nông dân rải phân bón, gieo hạt, phun thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,…được sử dụng với những cánh đồng có diện tích rộng lớn mà không cần quá nhiều lao động của con người. Các máy bay nông nghiệp hiện đại được xem như những thiết bị tiên tiến với những khả năng xuất sắc của chúng.
Chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ như lập bản đồ bay, vận hành từ xa bằng giọng nói, tính toán chính xác lượng thuốc trừ sâu và hạt giống thông qua hệ thống cảm biến, tự động quay về điểm cơ sở khi hết năng lượng và 4 nhận diện các khu vực có sự lây lan của sâu bệnh bằng cách sử dụng flycams. Những tính năng này giúp chăm sóc và quan sát đồng ruộng thay cho nông dân, từ đó nâng cao hiệu quả và năng suất trong quản lý nông nghiệp [2]. Hình 2-1 Mô hình nông nghiệp sử dụng máy bay không người lái 2.3 Robot tự động hóa, cơ giới hóa Tự động hóa, cơ giới hóa trong nông nghiệp là sử dụng các máy móc, thiết bị tự động để thực hiện các công việc thay vì dựa vào sức lao động thủ công của con người. Ứng dụng tự động hóa, cơ giới hóa với công nghệ robot, máy móc tự vận hành trong các hoạt động như thu hoạch, chăm sóc cây trồng có rất nhiều ưu điểm mang lại như năng suất hiệu quả trong công việc, tiết kiệm được thời gian, lực lượng nhân công, sự an toàn và chất lượng sản phẩm.
Tất cả đều được tối ưu hóa, chính vì vậy việc sử dụng các máy móc, thiết bị tự động đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Không chỉ ở các doanh nghiệp công nghiệp mà còn trong nông nghiệp, các robot thông minh tự động đang được sử dụng ngày càng rộng rãi để phục vụ trong các quy 5 trình sản xuất, chăm sóc, thu hoạch. Ví dụ, trong quá trình thu hoạch rau củ chín (như cà chua, đậu bắp,.), các robot thông minh được sử dụng để tự động hóa quy trình thu hoạch theo mùa vụ. Hình 2-2 Mô hình nông nghiệp sử dụng robot tự động hóa 2.4 Máy tưới cảnh quan tự động Tưới tiêu đóng vai trò quan trọng hàng đầu đối với mọi nông dân, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả của cây trồng.
Để hỗ trợ cho việc tưới tiêu một cách tự động nên công nghệ trong lĩnh vực nông nghiệp đã được phát triển và áp dụng rộng rãi. 6 Hình 2-3 Mô hình nông nghiệp sử dụng máy tưới cảnh quan tự động Thay vì tưới nước bằng cách thủ công như thông thường, việc sử dụng máy tưới tự động sẽ mang lại sự tiết kiệm đáng kể cho nguồn nước, đồng thời giúp phân bố nước đều hơn trên diện tích vườn. Hơn nữa, máy tưới tự động cũng cho phép người dùng tuỳ chỉnh thời gian và lượng nước tưới theo nhu cầu của từng loại cây trồng. Điều này giúp tối ưu hoá quá trình tưới tiêu.2 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÀNG 2.1 Lựa chọn về cây trồng.
Việt Nam là đất nước có nền trồng trọt và chăn nuôi đứng thứ 2 của Đông Nam Á với đa dạng loại cây trồng phù hợp với khí hậu nhiệt đới gió mùa, đã mang đến sự thuận tiện cho việc trồng và sản xuất nhiều loại cây. Trong bối cảnh hiện đại hóa và ứng dụng công nghệ vào nông nghiệp, việc áp dụng những công nghệ thông minh tự động là một hướng đi tiềm năng nhằm nâng cao hiệu quả canh tác và chất lượng nông sản. Đối với đề tài nghiên cứu thiết kế nhà màng, lựa chọn cây trồng phù hợp cũng góp phần quan trọng trong việc thành công của dự án. Tại đề tài này, cây rau muống là mục tiêu mà em muốn nghiên cứu, một loại rau phổ biến tại Việt Nam để áp dụng vào các giải pháp công nghệ nhằm tối ưu hóa quá trình trồng và chăm sóc.2 Không gian Để cây rau muống phát triển mạnh mẽ và đạt hiệu suất cao, việc thiết kế không gian trồng rau cũng là một yếu tố quan trọng không thể bỏ qua.
Một khu vực trồng rau có kích thước phù hợp sẽ tạo điều kiện cho cây phát triển tốt hơn. Chiều cao của khu vực trồng rau cũng cần được xem xét cẩn thận. Một chiều cao đủ lớn, ít nhất từ 30 – 40 cm, sẽ giúp thân cây rau muống có đủ không gian để phát triển mà không bị hạn chế. Điều này giúp tăng cường sự thông thoáng cho khu vực trồng, giảm nguy cơ mắc các bệnh và sự phát triển của cỏ dại.
Bên cạnh đó, việc duy trì một khoảng cách phù hợp giữa các hàng sẽ mang lại nhiều lợi ích. Khoảng cách này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu hoạch và giảm thiểu sự giao nhau giữa các cây.3 Ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm Ánh sáng: Sự phát triển của rau muống phần lớn nhờ vào sự quang hợp. Vì thế cây cần được tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trực tiếp trong khoảng thời gian từ 6 đến 8 giờ mỗi ngày. Tuy nhiên, trong trường hợp không có đủ ánh sáng tự nhiên, như khi trồng trong nhà hoặc ở những nơi thiếu ánh sáng, việc sử dụng hệ thống đèn led chiếu sáng nhân tạo là một giải pháp hiệu quả.
Nhiệt độ: Nhiệt độ lý tưởng cho sự phát triển của rau muống nằm trong khoảng từ 20°C đến 30°C. Khi nhiệt độ vượt quá 40°C, có thể gây ra tình trạng căng thẳng cho cây và làm giảm hiệu suất sinh trưởng của chúng. Trong điều kiện nhiệt đới, cây rau muống có thể chịu được nhiệt độ cao hơn 30°C nếu có đủ độ ẩm và bóng mát. Độ ẩm: Điều kiện độ ẩm tương đối từ 50% đến 90% thường được coi là lý tưởng cho cây rau muống.
Trong việc duy trì độ ẩm cho cây rau muống để cung cấp nước đều đặn là các phương pháp hiệu quả nhất. Việc sử dụng cảm biến độ ẩm đất và hệ thống tưới tự động trong nhà màng là một giải pháp thông minh. Nó giúp đảm bảo rau muống luôn nhận đủ nước, tránh tình trạng thiếu hoặc dư thừa nước, nâng cao chất lượng và năng suất cây trồng.4 Độ pH của đất Độ pH của đất, phản ánh mức độ axit hoặc kiềm, có ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Cây rau muống có độ pH dao động từ 5.
Chính vì vậy việc kiểm soát và điều chỉnh độ pH của đất là một phần quan trọng giúp đảm bảo cho sự phát triển của cây được tối ưu.5 Các loại nước và thời gian cần tưới Trong ngữ cảnh của sự thay đổi khí hậu và tình trạng khan hiếm nguồn nước, việc hiểu biết về các loại nước và thời gian cần thiết để tưới cây trở thành một vấn đề cực kỳ quan trọng trong nông nghiệp và trồng trọt. Sự lựa chọn của loại nước dùng để tưới cây rau muống có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Nước máy và nước mưa thường là hai loại nước phổ biến thường được dùng để tưới cây. Thời gian cần thiết để tưới cây cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình giúp cây rau muống sinh trưởng và phát triển một cách tối ưu.
Tần suất tưới thường cần được duy trì để đảm bảo độ ẩm trong đất luôn được duy trì ổn định. Thời gian tốt nhất và phù hợp để tưới cây là vào buổi sáng sớm hoặc buổi tối. Trong khoảng thời gian này, mức độ hơi nước trong không khí thường thấp hơn, giúp cây hấp thụ nước tốt hơn và giảm nguy cơ mất nước do bay hơi.6 Các loại phân bón thường dùng Cây rau muống là một trong những loại cây thường được trồng ở các nước nằm trong khu vực có khí hậu nóng ẩm cao, vì thế rau muống vô cùng phổ biến và quan trọng đối với nền nông nghiệp Việt Nam. Để đảm bảo sự sinh trưởng và năng suất tối ưu của cây rau muống, việc bổ sung các chất dinh dưỡng thích hợp là vô cùng quan trọng.
Các loại phân bón thường được dùng cho cây rau muống bao gồm phân hữu cơ, phân tổng hợp chứa các nguyên tố NPK, phân bón lá, phân vi sinh và phân chelate vi lượng.3 TỔNG QUAN IOTS Internet of Things (IoT) là khái niệm miêu tả mạng lưới các thiết bị điện tử thông minh được kết nối với nhau thông qua Internet. Những thiết bị này có khả năng thu thập, trao đổi và xử lý dữ liệu một cách tự động, mang lại nhiều tiện ích cho con người. Hình 2-4 Mạng lưới IoTs Hệ thống Internet of Things (IoT) hoạt động thông qua cơ chế kết nối các thiết bị. Cụ thể, các thiết bị IoT được trang bị cảm biến để thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh.
Các cảm biến này chuyển đổi thông tin thu thập được thành tín hiệu điện tử, sau đó được truyền qua mạng Internet để kết nối với nhau giữa các thiết bị. Điều này cho phép các thiết bị chia sẻ, trao đổi và xử lý dữ liệu theo thời gian thực.