ĐẶT VẤN ĐỀ VỀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG & TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY VÀO NÔNG TRẠI 1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA NẾN NÔNG NGHIỆP NƯỚC TA HIỆN NAY: Với 50% lực lượng lao động cả nước đang hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp, nông nghiệp vẫn luôn giữ vai trò hết sức qua trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong những năm gần đây, dù tình hình kinh tế rất khó khăn, ngành nông nghiệp vẫn tiếp tục thể hiện vai trò quan trọng đó, là trụ đỡ cho nền kinh tế. Nông nghiệp ở nước ta chiếm tỷ trọng cao trong nền kinh tế. Theo số liệu năm 2016, nông nghiệp chiếm 31% toàn ngành.1 Tỉ trọng nông nghiệp trong nền kinh tế năm 2016 Tuy nhiên bên cạnh những thành tựu to lớn ấy, nông nghiệp cũng đang bộc lộ nhiều hạn chế.
Tuy chiếm tỷ trọng cao trong nền kinh tế, nhưng tốc độ tăng trưởng toàn ngành GDP là chưa cao và có xu hướng năm sau thấp hơn năm trước. Thông qua phân tích nguyên nhân tình trạng có thể thấy được những bất cập cần được khắc phục: - Tăng trưởng nông nghiệp thời gian qua của nước ta chủ yếu theo chiều rộng thông qua tăng diện tích, tăng vụ và dựa vào các yếu tố vật chất đầu vào như: lao động, vốn, vật tư và đất đai. - Sản xuất nông nghiệp đã và đang gây tác động tiêu cực tới môi trường như: ô nhiễm nguồn nước, đất đai bạc màu, tài nguyên thiên nhiên bị hao mòn không thể phục hồi. - Quỹ nước bị dư thừa vào mùa mưa nhưng thiếu hụt vào màu khô, nhất là ở những nơi địa hình dốc.
6 do an - Tiến bộ kĩ thuật trong sản xuất, chế biến nông sản được áp dụng còn ít nên năng suất, chất lượng sản phẩm chưa cao. Trong tương lai, nguồn lực cho tăng trưởng nông nghiệp sẽ không còn dồi dào, nông nghiệp sẽ phải cạnh tranh với các ngành công nghiệp và dịch vụ khác. Chi phí sản xuất ngày càng cao bắt đầu làm giảm khả năng cạnh tranh của các sản phẩm nông nghiệp Việt Nam với vị thế là nước sản xuất có chi phí thấp so với các nước trong khu vực và thế giới.2 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY ĐỐI VỚI VƯỜN RAU TRONG NHÀ KÍNH: Báo cáo của Viện Chính sách và Chiến lược Phát triển Nông nghiệp nông thôn (Ipsard) tại hội thảo “Ngành hàng rau quả - Xúc tiến đầu tư và xây dựng thương hiệu” tổ chức ngày 24/5 tại Hà Nội cho biết, thị trường rau quả có tỷ trọng lớn nhất trong nhóm thực phẩm tươi sống toàn cầu. Trong đó, rau và trái cây chiếm tới hơn 59% và có tốc độ tăng trưởng 2,88% trong giai đoạn 2016-2021.
Đặc biệt, trong thời gian tới, nhu cầu tiêu thụ rau quả tươi và chế biến trên thị trường thế giới dự báo sẽ tăng. Đây có thể coi là cơ hội tốt cho rau quả Việt Nam mở rộng xuất khẩu sang các thị trường “khó tính” như Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ…Thị trường rau ngày càng lớn, các nông trại cần phải nâng cao năng suất nhưng vẫn đảm bảo về mặt chất lượng. Theo đó thời gian chăm bón, sức người … cũng phải tang theo rất nhiều. Vì vậy việc phát triển hệ thống điều khiển tự động và truyền thông không dây vào nông trại phù hợp với nhu cầu thị trường hiện nay.1 Đặc điểm trồng rau trong nhà kính: Hệ thống nhà kính trồng rau có ưu điểm lớn nhất là rau không bị ảnh hưởng bởi thời tiết của môi trường bên ngoài.
Vào mùa hè, rau không bị ảnh hưởng bởi khí hậu nóng nực và những trận mưa lớn gây dập nát rau. Mùa đông hệ thống nhà kính che sương xuống rau. Do đó, người canh tác có thể hoàn toàn chủ động trong việc chăm sóc và nuôi trồng những luống rau của mình. Ngoài ra, nhà kính trồng rau còn giúp che chắn khỏi những loài sâu bọ phá hoại lá cây, các loại mối, mọt, ruồi … phá hoại mùa màng.
Như vậy, người nông dân sẽ không còn phải dùng quá nhiểu thuốc trừ sâu cho rau. Sản phẩm thu được sẽ chất lượng, sạch sẽ và an toàn hơn rất nhiều. Thiết kế kiểu nhà vòm khi lắp đặt hệ thống nhà kính trồng rau giúp cung cấp đủ ánh sáng cho vườn rau nhà bạn. Nhìn chung, ưu điểm khi trồng rau trong nhà kính là sản phẩm thu được rất an toàn, tiết kiệm chi phí thuốc trừ sâu mà vẫn đảm bảo quá trình phát triển của vườn rau.
7 do an Hình 1.2 Nông trại trong nhà kính 1.2 Đặc điểm sinh học của rau trồng ngắn ngày: Rau yêu cầu đất phải có độ ẩm thích hợp. Đảm bảo sức giữ nước của đất luôn luôn bé hơn sức hút nước của cây và đất có tính thấm nước tốt để độ ẩm đó nhanh chóng chuyển đến cung cấp cho cây trồng. Độ ẩm đất thích hợp trong tầng đất bộ rễ hoạt động thay đổi theo yêu cầu sinh lý của từng loại cây trồng. Qua các thời kỳ sinh trưởng khác nhau.
đối với cây trồng cạn. Giới hạn trên của độ ẩm thích hợp thường trùng với độ chứa ẩm tối đa của đất. Phụ thuộc vào thành phần cơ giới và kết cấu đất, nằm trong phạm vi từ 70 – 85%. Giới hạn dưới thích hợp dao động xung quanh độ ẩm 60 – 70% độ chứa ẩm tối đa của đất.
Về nhiệt độ: mỗi loại rau trồng phát triển tốt trong 1 khoảng nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: Hành: 0 - 400C tốt nhất là vào 200C Rau cải xanh 21-240C 8 do an Những yếu tố cần quan sát và duy trì: Vườn rau Nhiệt độ Độ ẩm không khí Độ ẩm đất Ánh sáng - Nhiệt độ trong khoảng 20℃ - 30℃. - Độ ẩm đất trong khoảng 60% - 80%. - Cường độ ánh sáng trong khoảng 4000 lux – 5000 lux.3 Lợi ích của việc ứng dụng điều khiển tự động với truyền thông không dây vào vườn rau nhà kính: Việc trồng rau trong nhà kính giúp cho người chủ có thể thay đổi, duy trì được các yếu tố môi trường mà không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi thời tiết ảnh hưởng xấu tới rau.
Ví dụ như: - Thời tiết quá nóng có thể dùng hệ thống phun sương làm dịu nhiệt độ - Có thể dùng hệ thống đèn chiếu sáng để giải quyết vấn đề thiếu sáng vào những mùa trời âm u Để làm được điều đó đòi hỏi cần đến khá nhiều nhân công, sức lực để quan sát, thu thập cũng như chăm sóc nông trại. Để khắc phục tình trạng đó, cần phát triển một hệ thống tự động tưới tiêu, bón phân, cũng như thắp sáng những bóng đèn nhân tạo, mà người nông dân có thể tự tay điều khiển một cách dễ dàng. Việc điều khiển tự động và truyền thông không dây giúp tiết kiệm thời gian sức lực cũng như nhân lực giúp giảm thiểu chi phí. Tự động vận hành theo số liệu tính toán dựa trên các số liệu thu thập thực tế một cách chính xác.
Người dùng có thể quan sát thu thập dữ liệu từ xa cũng như điều khiển hệ thống thông qua truyền thông không dây, giảm bớt dây nối cho hệ thống. Hiện nay công nghệ phát triển việc sử dụng máy tính cá nhân (PC) trở nên thông dụng và việc sở hữu một chiếc máy tính cá nhân là điều không quá khó khăn thì việc áp dụng điều khiển tự động cho nông trại và truyền thông không dây vào PC là thiết thực.3 GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (ĐATN): Các loại rau ngắn ngày như rau cải, mồng tơi, rau lang, hành, … không cần quá nhiều kỹ thuật chăm sóc nhưng việc duy trì các yêu tố môi trường phù hợp là rất cần thiết vì các loại rau này dễ bị héo úa hay hỏng do thiếu nước hoặc nhiệt độ cao ảnh hưởng tới năng suất cũng như chất lượng. Ngoài ra người trồng có thể cung cấp ánh sáng khi bị thiếu sáng. Quá trình này cần khá nhiều thời gian, sức lực.
Giải pháp điều khiển tự động và truyền thông không dây giúp người sử dụng rất nhiều trong việc quản lí nông trại như đã trình bày ở phần trên (1. Đồ án này sẽ xây dựng hệ thống điều khiển tự động để duy trì các thông số môi trường cần thiết như độ ẩm đất, ánh sáng, nhiệt độ, … với giao tiếp truyền thông không dây qua máy tính cá nhân (PC). 10 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ CÁCH THỨC TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY CHO VƯỜN RAU NHÀ KÍNH 2.1 GIỚI THIỆU: Chương này của ĐATN sẽ giới thiệu về đặc tính kỹ thuật của hệ thống, lựa chọn thiết bị phần cứng phù hợp để xây dựng hệ thống điều khiển tự động và truyền thông không dây cho vườn rau nhà kính.2 ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VỚI TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY: Hệ thống có thể điều khiển từ xa thông qua PC. Hệ thống tưới nước có thể tự động hoạt động để duy trì độ ẩm đất.
Hệ thống phun sương làm mát khi thời tiết nóng bức. Hệ thống chiếu sáng tự đông khi thiếu sáng. Các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, … được hiển thị, cập nhật liên tục theo thời gian và lưu trữ trên PC giúp người dùng dễ dàng theo dõi. Hệ thống có hai chế độ điều khiển là Auto và Manual 2.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY CHO VƯỜN RAU NHÀ KÍNH: Mạng không dây là hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyến thay vì đường truyền dẫn bằng dây.
Hiện nay khá nhiều phương thức truyền thông không dây được sử dụng để truyền nhận dữ liệu đã được áp dụng để điều khiển các đối tượng thông minh, phải kể đến như Bluetooth, Wifi, Zigbee, SMS, RF, hồng ngoại. Các phương thức kết nối điều khiển không dây phổ biến là: BLUETOOTH và WIFI 2.1 Bluetooth: Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network-PANs). Bluetooth là công nghệ kết nối không dây nhằm trao đổi dữ liệu ở cự ly gần giữa các thiết bị điện tử.
Nhờ công nghệ này, các dữ liệu sẽ được truyền tải thông qua sự kết nối giữa các thiết bị di động và cố định mà không cần dùng tới hệ thống dây nhợ lằng nhằng như kiểu vật lý trước đây. Trên thực tế, trong điều kiện hoàn hảo để kết nối thì Bluetooth có tầm hoạt động hiệu quả nhất trong khoảng cách 10m đổ lại. Bluetooth sử dụng sóng Radio tần số 2.