MỞ ĐẦU Hiện nay cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, nông nghiệp thông minh đang nhận đƣợc sự quan tâm lớn từ xã hội. Trong các hệ thống giám sát thì hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong đất rất quan trọng trong ứng dụng nông nghiệp. Việc giám sát thu thập thông tin dữ liệu sẽ cho phép các kỹ sƣ nông nghiệp giám sát môi trƣờng từ xa từ một vƣờn thông minh hay các khu vực sản xuất nông nghiệp lớn để đánh giá và đƣa ra các quyết định thích hợp mà không phải trực tiếp đến từng nơi để giám sát. Cùng với đó sự bùng nổ của Internet tạo môi trƣờng thuận lợi cho việc truy cập và thu thập dữ liệu.
Việc giám sát thu thập dữ liệu là một bài toán thiết thực, vận dụng linh hoạt kiến thức và ứng dụng rất nhiều trong thực tế. Đây là một chủ đề mới mẻ và đang đƣợc nhiều công ty, nông trƣờng,. áp dụng để nâng cao hiệu quả sản suất đảm bảo môi trƣờng tốt cho cây trồng phát triển. Chính vì các lý do nhƣ trên nên em quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong đất từ xa thông qua mạng thông tin di động ứng dụng trong nông nghiệp” Nội dung của đồ án đƣợc trình bày trong 3 chƣơng Chƣơng 1.
Tổng quan về các hệ thống giám sát môi trƣờng trong nông nghiệp Chƣơng 2. Hệ thống thông tin di động và mạng dữ liệu di động GPRS Chƣơng 3. Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm môi trƣờng đất từ xa thông qua mạng thông tin di động ứng dụng trong nông nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng tuy nhiên do thời gian không nhiều và điều kiện làm việc còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong thầy cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm.
Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện Hoàng Huy Huỳnh 8 Tieu luan CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP 1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP Ngày nay với việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong quá trình sản xuất là vấn đề đƣợc nhiều sự quan tâm. Với sự phát triển của kinh tế - xã hội, nền nông nghiệp thông minh đang đƣợc sự quan tâm lớn từ xã hội. Đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới áp dụng để nâng cao hiệu quả sản suất đảm bảo môi trƣờng tốt cho cây trồng phát triển.
Trong chƣơng này chúng ta tìm hiểu về tầm quan trọng, yêu cầu và các ứng dụng của hệ thống giám sát trong môi trƣờng trong nông nghiệp. Các hệ thống giám sát, cảnh báo đã đƣợc ra đời và áp dụng ngày càng tăng trong nông nghiệp hiện đại vào trang trại, nông trƣờng nhằm đáp ứng nhu cầu của con ngƣời trong khi duy trì hoặc nâng cao chất lƣợng môi trƣờng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Theo truyền thống nông nghiệp đƣợc thực hiện một nhiệm vụ cụ thể chẳng hạn nhƣ trồng, chăm sóc, tƣới tiêu và thu hoạch với lịch trình định trƣớc. Nhƣng bằng cách thu thập dữ liệu thời gian thực về thời tiết, đất và chất lƣợng không khí.
nhằm theo dõi sự trƣởng thành của cây trồng sẽ cải thiện đƣợc năng suất, nâng cao hiệu quả sản suất, giảm chi phí đầu tƣ, tăng năng suất cây trồng, có thể tạo sản phẩn nông nghiệp theo yêu cầu thị trƣờng mà không quan tâm đến mùa vụ,. Ngoài ra việc phát triển ngành nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao cũng là sân cho sự sáng tạo, ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đem lại nhiều hiệu quả kinh tế. Trong ứng dụng hàng ngày, nhu cầu theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ngày càng trở nên phổ biến và thiết thực và đƣợc sử dụng nhiều trong: Sản xuất chế biến nông nghiệp hiển thị và thực thi điều khiển, theo dõi giám sát môi trƣờng. Nhiệt độ và độ ẩm là yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến tích chất của vật chất và môi trƣờng sống cây trồng.
9 Tieu luan Kỹ thuật đo lƣờng trong việc phát triển nông nghiệp xanh đã mang lại những hiệu quả hết sức to lớn với quy mô nhà trồng hay nông trại rộng. Nhƣ vậy có thể thấy việc đo lƣờng giám sát nhiệt độ, độ ẩm là điều rất quan trọng phù hợp với xu thế chung của nền nông nghiệp thế giới và đối với phát triển nông nghiệp ở nƣớc ta. YÊU CẦU CỦA CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP Yêu cầu của hệ thống giám sát môi tƣờng cụ thể phải đạt đƣợc các tiêu chí sau: Duy trì và làm tăng năng suất, lợi nhuận công nghiệp trong khi đảm bảo việc cung cấp thực phẩm và các dịch vụ hệ sinh thái trên cơ sở bền vững, giảm thiểu các tác động tiêu cực bên ngoài và khí thải nhà kính nông nghiệp, tái tạo lại các nguồn tài nguyên sinh thái. Ngoài ra tác dụng lâu dài của nông nghiệp xanh có thể mang lại cho vụ thu hoạch cây trồng nhiều hơn.
Nông nghiệp xanh trong lĩnh vực trồng trọt thƣờng đòi hỏi khắt khe về việc duy trì nhiệt độ và độ ẩm cho môi trƣờng sinh trƣởng của cây trồng theo từng loại cây cũng nhu thời gian sinh trƣởng của chúng. Điều này đòi hỏi phải giám sát và thu nhập số liệu về nhiệt độ và độ ẩm tại nhiều vị trí khác nhau trong môi trƣờng sinh trƣởng cây trồng. Nhờ giám sát và thu thập số liệu nhiệt độ,độ ẩm trong đất nhà nông có thể theo dõi đƣợc độ ẩm của các loại cây để quyết định thời điểm thu hoạch thích hợp. Biết đƣợc độ ẩm của đất, độ ẩm- nhiệt độ của không khí sẽ cho phép nhà nông điều chỉnh canh tác cả mình một cách thích hợp để đạt đƣợc tối ƣu năng suất cây trồng.
CÁC SẢN PHẨM VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƢỜNG Hệ thống kiểm soát nhiệt độ trong nhà kính: Là hệ thống đặc biệt cần thiết với nhà kính nông nghiệp, đặc biệt là ở các vùng địa lý có khí hậu biến đổi liên tục theo mùa. Trên thế giới hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động đã đƣợc ứng dụng từ năm 1985. Các sản phẩm này giúp nhiệt độ trong nhà kính luôn ổn định, hoặc thay đổi theo quá hƣớng phục vụ quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng. Ngoài ra hệ thống còn tích hợp chức năng quản lý hệ thống tƣới và hệ thống châm phân, phun thuốc hoá sinh….
10 Tieu luan Hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động trong nhà kính đƣợc thiết kế để giúp ngƣời trồng tối đa hóa năng suất cây trồng và giúp bảo tồn nguồn nƣớc và tiết kiệm năng lƣợng vận hành cho nhà kính. Hệ thống giám sát + Các tính năng cơ bản của hệ thống kiểm soát nhiệt độ nhà kính nông nghiệp hiện nay: - Khả năng lập trình điều khiển từ xa qua internet. - Có thể hoạt động tự động hoàn toàn hoặc bán tự động với thao tác của ngƣời vận hành. - Tính năng hoạt động theo trình tự thời gian hoặc yêu cầu thực tế bên trong nhà kính.
- Hệ thống có thể tiếp nhận và xử lý cùng lúc nhiều thông tin bên trong nhà kính nhƣ: Nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, dinh dƣỡng… - Kết hợp điều khiển ánh sang, phục vụ quá trình sinh trƣởng của cây cũng nhƣ quá trình canh tác của con ngƣời. - Kiểm soát lƣợng khí thải CO2, quạt thông gió. - Xử lý lƣợng nƣớc tƣới và nƣớc thừa. Một số hệ thống giám sát trên thế giới + Hệ thống giám sát và cảnh báo thảm họa Nhật Bản là quốc gia phải hứng chịu nhiều thảm họa thiên nhiên, không chỉ có động đất hay sóng thần mà cả các cơn bão, lở đất và núi lửa phun trào.
Tất cả các thảm họa này có thể xảy ra thƣờng xuyên tại bất cứ nơi nào trên nƣớc Nhật. Nhật Bản cũng đƣợc biết đến là một trong các nƣớc thành công trong việc triển khai và 11 Tieu luan vận hành hệ thống giám sát và cảnh báo thảm họa. Ngoài các thảm họa thiên nhiên nhƣ động đất, sóng thần, bão, tuyết, lũ lụt thì các thảm họa do tai nạn gây ra nhƣ hỏa hoạn, cháy rừng, đƣờng sắt, hàng hải. cũng đƣợc theo dõi và giám sát và thông báo đến cho ngƣời dân.
Hệ thống giám sát môi trƣờng là hệ thống các thiết bị cảm biến đƣợc lắp đặt tại các vị trí trọng yếu nhƣ bờ biển, núi, đƣờng ray, rừng. cho phép theo dõi và thu thập các dữ liệu từ môi trƣờng nhƣ độ ẩm, nhiệt độ, mực nƣớc. Các dữ liệu thu thập từ hệ thống giám sát môi trƣờng đƣợc chuyển đến các cơ quan khí tƣợng thủy văn. Khi có thảm họa xảy ra, dựa vào kết quả dự báo về loại hình và mức độ tác động của thảm họa mà cơ quan khí tƣợng thủy văn sẽ quyết định có cần thông báo đến các cơ quan liên quan hay không.
Các cơ quan liên quan bao gồm Chính phủ, các Bộ, ngành liên quan và các địa phƣơng nằm trong vùng ảnh hƣởng của thảm họa sẽ nhận đƣợc các cảnh báo về nguy cơ thảm họa. Các thông tin cảnh báo từ trung ƣơng đƣợc gửi đến các địa phƣơng và đƣợc thông báo cho ngƣời dân thông qua nhiều loại hình khác nhau nhƣ: hệ thống loa phóng thanh trên các tòa nhà, dọc đƣờng, trên các phƣơng tiện giao thông công cộng, đài phát thanh, đài truyền hình. Các cảnh báo này còn đƣợc gửi qua hệ thống tin nhắn điện thoại mà không bị tính cƣớc. + Hệ thống giám sát môi trƣờng trong nông nghiệp Nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Nhật Bản, Australia, Israel.
đã và đang nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống sensor để giám sát môi trƣờng phục vụ cho nông nghiệp. Với các phƣơng pháp giám sát truyền thống, chi phí nhân công là rất lớn. Đặc biệt, nó còn gặp hạn chế về số lƣợng các điểm có thể tiếp cận cũng nhƣ tần suất đo. Để khắc phục các hạn chế này, ngƣời ta đã sử dụng các hệ thống ICT sensor để thu thập các dữ liệu tại các điểm trồng cây.
Các thông tin thu thập đƣợc bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, áp suất. Các thông tin này đƣợc sử dụng để phân tích và tối ƣu thời gian thu hoạch, thời gian tƣới cây, thời điểm phun thuốc phòng trừ sâu bệnh. nhằm tạo môi trƣờng thuận lợi nhất cho cây trồng sinh trƣởng và phát triển, tạo ra các vụ mùa bội thu.