CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình nông nghiệp Việt Nam: Nông nghiệp luôn là vấn đề trọng yếu của mỗi quốc gia trong việc bảo đảm an ninh lương thực, nó là một trong hai ngành sản xuất vật chất quan trọng của nền kinh tế. Là khu vực sản xuất chủ yếu, đảm bảo đời sống cho xã hội, là thị trường rộng lớn cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm của nền kinh tế và tích lũy cho công nghiệp. Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, vẫn còn là một nước sản xuất chủ yếu về nông nghiệp với trên 67% dân số cả nước tập trung sống ở vùng nông thôn[i], lao động nông nghiệp chiếm tới 42% lao động trong toàn xã hội[ii].
Nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Tuy nhiên, sản xuất nông nghiệp Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức: Dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên; diện tích đất nông nghiệp bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa nên đòi hỏi phải nâng cao năng suất nông nghiệp để đáp ứng an ninh lương thực; biến đổi khí hậu đang diễn ra mạnh mẽ tạo ra sức ép rất lớn cho nông nghiệp nước ta; quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao. Bên cạnh đó, nước ta cũng đang hướng tới xây dựng một nền công nghiệp phát triển, điều đó mang lại nhiều lợi ích cho đất nước nhưng cũng kèm theo nhiều hệ lụy, đặc biệt là ô nhiễm môi trường, một trong những mảng chịu thiệt hại rất lớn từ vấn đề trên chính là ngành nông nghiệp. Lý do chọn đề tài: Nông nghiệp công nghệ cao không chỉ là xu hướng của thời đại mà còn là một trong những giải pháp cấp thiết hiện nay.
Khi hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng diễn biến phức tạp do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, diện tích đất nông nghiệp đang thu hẹp đáng kể, tình trạng dịch bệnh lây lan nhanh làm ảnh hưởng to lớn đến năng suất cũng như chất lượng các sản phẩm từ nông nghiệp. Với những lợi thế đã nêu ở trên, nông nghiệp CNC đang dần làm thay đổi bộ mặt nông nghiệp của thế giới. Việc áp dụng mô hình nông nghiệp CNC khiến các thành phẩm của 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP quá trình trồng trọt, chăn nuôi có chất lượng cao hơn và đảm bảo năng suất phục vụ cho con người. Chính vì thế nhóm em chọn đề tài “Điều khiển và giám sát hệ thống chăm sóc vườn rau dùng IoT” nhằm góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, đảm bảo hiệu quả kinh tế ổn định cho người nông dân.
Bên cạnh đó là nghiên cứu thêm về các ứng dụng công nghệ điện tử được đưa vào nhành trồng trọt nói riêng và nông nghiệp nói chung.1: Mô hình trồng trọt công nghệ cao thực tế 1. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng được một hệ thống điều khiển và giám sát trang trại có khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm, quản lý tiểu khí hậu, tự động hóa một vài chức năng như bật tắt đèn khi điều kiện ánh sang thấp, quản lí hệ thống cấp nước,…Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát – điều khiển tự động hoặc bằng tay trên một trang website thông qua 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP WiFi sử dụng trên các thiết bị smartphone cũng như máy tính. Bên cạnh đó cũng có thể bật tắt các thiết bị bằng tay thông qua một bảng điều khiển.2: Hệ thống IoT trong nông nghiệp 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1.
Đối tượng: Trồng trọt đang đóng vai trò quan trọng mang tính chiến lược trong sự phát triển nông nghiệp nước ta. Trồng trọt ứng dụng công nghệ cao để nâng chất lượng sản phẩm, tăng năng suất và sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường là hết sức cần thiết. Vì thế đối tượng nghiên cứu đề tài là tập trung nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển vườn rau nhà kính. 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3: Vườn rau nhà kính 1.
Phạm vi: Để đạt được mục tiêu nghiên cứu như trên, nhóm tiến hành khảo sát thực tế: + Về nội dung: - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc trồng rau để có thể thiết kế mô hình vườn rau và các cảm biến, thiết bị cần thiết. - Nghiên cứu về các thiết bị có trong vườn rau cần điều khiển như quạt hút, bơm nước, đèn chiếu sáng,… - Nghiên cứu về các cảm biến cần thiết sử dụng cho vườn rau như cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí, cảm biến chất lượng không khí, cảm biến độ ẩm đất. - Nghiên cứu giao tiếp giữa các client và server điều khiển trung tâm. - Nghiên cứu tạo giao diện hiển thị các thông số cảm biến và giao diện điều khiển + Về phạm vi không gian: - Khảo sát một số vườn rau ở quận 9 thành phố Hồ Chí Minh.
Từ đó xem xét một số thông số cần giám sát khi trồng rau trong vườn và các thiết bị sử dụng trong quá trình trồng rau tại vườn. - Khảo sát một vài hệ thống giám sát và điều khiển bằng Internet. 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Tình hình ứng dụng công nghệ cao vào nông nghiệp: 1.
Ngoài nước: Nghề trồng trọt ra đời rất sớm. Cách đây mười một ngàn năm canh tác trồng trọt quy mô lớn đã xuất hiện. Sau đó dân số thế giới càng ngày càng tăng đồng nghĩa với việc cần lượng lương thực ngày càng lớn hơn, do đó đất canh tác để trồng trọt được mở rộng hơn và những dụng cụ dùng để hỗ trợ cho việc trồng trọt càng lúc càng hiện đại để tăng năng suất và sản lượng. Vào thời trung cổ ở châu Âu máy cày được phát minh để tăng năng suất.
Đến cuộc cách mạng công nghiêp ở thế kỷ 19 đã mang lại những tiến bộ về kĩ thuật công nghệ tác động tích cực tới sự phát triền của ngành trồng trọt như: động cơ hơi nước, động cơ đốt trong, công thức xử lý phân bón được ra đời. Cho đến nay với công nghệ kĩ thuật hiện với sự hỗ trợ của internet, IoT, các thiết bị cảm biến,… việc trồng trọt trở nên hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn. [iii] Đánh giá tình hình ứng dụng khoa học công nghệ trong quá trình trồng trọt ở nước ngoài cho thấy các hệ thống giám sát và điều khiển trang trại bao gồm nhiều loại cảm biến như cảm biến IoT Giám sát khí hậu, Tự động hóa nhà kính, quản lý độ ẩm đất, Giám sát và quản lý chất lượng cây trồng, quản lý lưu trữ, hậu cần,. Việc vận chuyển và trao đổi dữ liệu của các thiết bị này có thể sử dụng các công nghệ truyền thông tầm gần và xa bao gồm: [iv] Công nghệ mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN): Sigfox, LoRa, NB-IOT.
Các công nghệ di động: 2G, 3G, 4G, 5G. Các công nghệ không dây tầm ngắn: Wifi, Bluetooth, Zigbee và nhiều công nghệ khác. Các công nghệ vệ tinh: VSAT, BGAN và LPWAN dựa trên vệ tinh. Các trang trại nước ngoài thường là các trang trại trồng trọt trên quy mô lớn, theo hướng công nghiệp nên khoảng cách giữa cảm biến và trung tâm xử lý dữ liệu là rất xa.
Do đó, cần kết nối công nghệ cảm biến từ xa như sử dụng công nghệ mạng diện rộng: Sigfox, LoRa,…Hầu hết ở dạng quy mô trạng trại lớn, 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP trồng trọt theo hướng công nghiệp, sử dụng các thiết bị có độ chính xác cao nhưng giá thành đầu tư rất lớn.4: Mô hình trồng cây tưới công nghệ nhỏ giọt ở Israel 1. Trong nước: Nước ta là nước có bề dày trong sản xuất nông nghiệp, đối với ngành trồng trọt người Việt đã bắt đâu từ cách đây khoảng 1 vạn năm trước, vì vậy sẽ là một nền móng vững chắc để phát triển ứng dụng công nghệ cũng như IoT vào trong sản xuất nông nghiệp. Đã có một số công ty, dự án nông nghiệp được triển khai các dự án như dự án Next Farm. Giải pháp ứng dụng CNTT vào Nông nghiệp thuộc Công ty Cổ phần HOSCO[v] là một trong số các công ty hoạt động trong lĩnh vực công nghệ phần mềm đã có nhiều sản phẩm thương mại hóa thành công.
Next Farm cho phép hệ thống tưới được vận hành từ xa dựa vào việc phân tích các dữ liệu về môi trường, loại cây và giai đoạn sinh trưởng của cây và người dùng có thể theo dõi các thông số này theo thời gian thực. Tại Việt Nam các hoạt động hỗ trợ đào tạo cải tiến công nghệ trong nông nghiệp cũng đang được nói nhiều hơn. Điển hình như “Tại Nghị quyết 30/NQ-CP ngày 07/3/2017, Chính phủ giao Ngân hàng Nhà nước chỉ đạo các ngân hàng thương mại, chủ lực là các ngân hàng thương mại, ngân hàng Nhà nước, dành ít nhất 100.000 tỷ đồng từ nguồn vốn huy động để thực hiện chương trình cho vay khuyến khích phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao (CNC), nông nghiệp sạch với lãi suất phù hợp”[vi]. 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất ngày càng được áp dụng rộng rãi vào ngành trồng trọt nói riêng và nông nghiệp nói chung.
Tuy nhiên để áp dụng được các thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất hiện nay được áp dụng chủ yếu ở các trang trại có quy mô đầu tư lớn với vốn đầu tư nước ngoài, chưa xuất hiện nhiều trong các quy mô nhỏ hộ gia đình. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 1. Cách tiếp cận: Nghiên cứu tìm hiểu các hệ thống giám sát và điều khiển ở trong và ngoài nước trong trồng trọt. Tìm hiểu các tiêu chuẩn trồng trọt trong nước VIETGAP[vii] và nước ngoài GlobalGAP[viii],.
Tiến hành đánh giá phân tích lại các phương án phù hợp và cần thiết, ít chi phí và đem lại hiệu quả cao. Phương pháp nghiên cứu: Xác định vấn đề cần nghiên cứu, thiết kế từ vườn rau thực tế tại việt nam. Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước cũng như khảo sát các phương án thiết kế mô hình điều khiển các thiết bị, lấy dữ lệu cảm biến. Liệt kê, đánh giá các phương án, cảm biến và thiết bị có tính hiệu quả và khả thi để thực hiện làm mô hình.
Nghiên cứu các quy định quy trình thực hành trồng trọt tốt cho việc trồng rau sạch tại việt nam (VIETGAP) để thiết kế ra mô hình. Xây dựng các thuật toán, phương pháp tính toán về các yêu cầu thực tế như lưu lượng lưu thông gió, nhiệt độ độ ẩm ,. Bắt đầu thực hiện thiết kế mô hình, lắp đặt các thiết bị. 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.