Luận văn: Giám sát tự động sinh trưởng hoa trong nhà lưới - Lại Văn Song

Luận văn trình bày hệ thống giám sát tự động sinh trưởng của hoa trong nhà lưới, một giải pháp hiệu quả cho sản xuất hoa công nghệ cao.

• Tác giả: Lại Văn Song
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quang Đích
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu, phát triển hệ thống giám sát tự động các quá trình sinh trưởng, phát triển của cây trồng trong nhà lưới, ứng dụng trong sản xuất hoa công nghệ cao
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về Hệ thống Giám sát Sinh trưởng Hoa Công nghệ cao

Hệ thống giám sát sinh trưởng hoa công nghệ cao là một giải pháp tiên tiến trong ngành nông nghiệp hiện đại, kết hợp các công nghệ tự động hóa và điều khiển để theo dõi toàn bộ quá trình phát triển của cây hoa trong môi trường nhà lưới. Hệ thống này sử dụng các cảm biến thông minh, phần mềm quản lý dữ liệu và thiết bị điều khiển tự động để tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng. Công nghệ giám sát sinh trưởng cho phép các nông dân và nhà sản xuất hoa theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và các yếu tố môi trường khác một cách real-time. Điều này giúp nâng cao chất lượng hoa, tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Ứng dụng hệ thống giám sát đã trở thành xu hướng bắt buộc trong sản xuất hoa công nghệ cao tại các nước phát triển và dần được áp dụng tại Việt Nam.

1.1. Định nghĩa và phạm vi ứng dụng

Giám sát sinh trưởng hoa là quá trình theo dõi và ghi nhận các thông số kỹ thuật liên quan đến sự phát triển của cây hoa từ giai đoạn cây con đến thành phẩm. Hệ thống này áp dụng trong các nhà lưới có mái che, nơi các điều kiện môi trường được kiểm soát chặt chẽ. Phạm vi ứng dụng bao gồm việc theo dõi chiều cao cây, số lá, kích thước bông hoa, độ cứng thân, và các chỉ số sinh trưởng khác giúp tối ưu hóa sản xuất hoa.

1.2. Tầm quan trọng trong nông nghiệp hiện đại

Hệ thống giám sát tự động giúp giảm thiểu rủi ro, nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng hoa ổn định. Việc áp dụng công nghệ điều khiển tự động cho phép tối ưu hóa quá trình sinh trưởng mà không cần can thiệp liên tục từ con người. Điều này đặc biệt quan trọng trong sản xuất hoa công nghệ cao nơi yêu cầu chất lượng rất cao.

II. Các Thành phần Chính của Hệ thống

Hệ thống giám sát sinh trưởng hoa được cấu thành từ nhiều thành phần điện tử và cơ khí phức tạp. Trước hết, cảm biến đa chức năng đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường các tham số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng và mức độ CO2. Các cảm biến sinh trưởng có thể đo các chỉ số về chiều cao cây, đường kính thân, số lá và kích thước bông hoa. Phần mềm quản lý dữ liệu giám sát thu thập thông tin từ tất cả các cảm biến và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu trung tâm. Hệ thống điều khiển tự động xử lý dữ liệu và đưa ra quyết định điều chỉnh các thiết bị như hệ thống tưới nước, quạt thông gió và hệ thống làm mát. Giao diện quản lý cho phép người dùng theo dõi tình trạng sinh trưởng hoa trên máy tính hoặc điện thoại thông minh, từ đó có thể thao tác điều chỉnh các thông số khi cần thiết.

2.1. Hệ thống cảm biến và thiết bị đo lường

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm là những thiết bị cơ bản nhất trong hệ thống giám sát hoa công nghệ cao. Cảm biến ánh sáng đo cường độ và phổ ánh sáng để tối ưu hóa quang hợp. Cảm biến CO2 giúp điều chỉnh nồng độ carbon dioxide trong nhà lưới. Cảm biến sinh trưởng sử dụng công nghệ hình ảnh hoặc cảm biến cơ học để đo các chỉ số phát triển của cây hoa.

2.2. Phần mềm quản lý và điều khiển

Phần mềm quản lý giám sát là trung tâm của toàn bộ hệ thống, thu thập dữ liệu từ tất cả cảm biến sinh trưởng, xử lý và phân tích để tìm ra giải pháp tối ưu. Thuật toán điều khiển tự động điều chỉnh các thông số môi trường dựa trên các quy tắc được lập trình trước. Giao diện người dùng thân thiện giúp nông dân theo dõi tình trạng phát triển hoa một cách dễ dàng.

III. Quy trình Sinh trưởng Hoa trong Nhà lưới Có Mái che

Quy trình sản xuất hoa trong nhà lưới có mái che bao gồm nhiều giai đoạn từ chuẩn bị đất, gieo hạt/trồng cây con đến thu hoạch hoa. Hệ thống giám sát sinh trưởng cần theo dõi từng giai đoạn này một cách chi tiết. Trong giai đoạn phát triển ban đầu, cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ từ 18-22°C, độ ẩm 70-80%, và cung cấp ánh sáng đủ. Giai đoạn sinh trưởng chính yêu cầu giám sát các chỉ số như chiều cao cây, số lá, và tốc độ tăng trưởng hàng ngày. Hệ thống làm mát Fan and Cooling Pad giúp điều chỉnh nhiệt độ khi cần thiết. Hệ thống tưới nước tự động được điều khiển dựa trên độ ẩm đất được cảm biến giám sát. Trong giai đoạn phát triển bông hoa, hệ thống điều khiển tự động cần đảm bảo điều kiện ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm tối ưu cho chất lượng hoa cao nhất.

3.1. Giai đoạn chuẩn bị và trồng cây

Chuẩn bị môi trường sản xuất đòi hòi phải giám sát các thông số như độ pH đất, độ ẩm ban đầu, và điều kiện ánh sáng. Hệ thống giám sát cần cảnh báo khi các thông số vượt ra ngoài phạm vi cho phép. Sau khi trồng cây hoa, hệ thống theo dõi sinh trưởng bắt đầu ghi nhận dữ liệu liên tục.

3.2. Giai đoạn phát triển và ra hoa

Giai đoạn phát triển chiều cao cây và phát triển hệ lá cần giám sát chặt chẽ bằng các cảm biến sinh trưởng. Hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng dựa trên dữ liệu giám sát real-time. Khi cây bắt đầu ra hoa, giám sát kích thước bông và chất lượng hoa trở nên rất quan trọng.

IV. Lợi ích và Triển vọng Phát triển

Hệ thống giám sát sinh trưởng hoa công nghệ cao mang lại nhiều lợi ích kinh tế và kỹ thuật. Thứ nhất, tăng năng suất sản xuất thông qua việc tối ưu hóa các điều kiện sinh trưởng dựa trên dữ liệu giám sát chính xác. Thứ hai, nâng cao chất lượng hoa bằng cách kiểm soát chặt chẽ từng yếu tố ảnh hưởng đến phát triển hoa. Thứ ba, giảm chi phí sản xuất nhờ việc sử dụng hiệu quả nước, phân bón và điện năng. Thứ tư, giảm thiểu bệnh hại cây trồng thông qua việc theo dõi sinh trưởng liên tục và can thiệp kịp thời. Triển vọng phát triển của hệ thống giám sát tại Việt Nam rất lớn, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hoa công nghệ cao. Các doanh nghiệp nông nghiệp tiên tiến đang bắt đầu áp dụng công nghệ tự động hóa này, mở ra cơ hội cho sự phát triển bền vững của ngành hoa nước ta.

4.1. Lợi ích kinh tế và kỹ thuật

Giám sát sinh trưởng hoa tự động giúp giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả quản lý. Dữ liệu giám sát chi tiết cho phép nông dân đưa ra quyết định chính xác về tưới nước, bón phân và kiểm soát bệnh hại. Chất lượng hoa cao hơn dẫn đến giá bán cao hơn và tăng lợi nhuận. Sản lượng tăng do tối ưu hóa quá trình sinh trưởng.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Tương lai của hệ thống giám sát nằm ở việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và machine learning để dự báo sinh trưởng hoa chính xác hơn. Ứng dụng công nghệ IoT cho phép kết nối nhiều nhà lưới và quản lý tập trung. Phát triển cảm biến mới với độ chính xác cao hơn và giá thành rẻ hơn sẽ tăng khả năng tiếp cận của nông dân.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL LAI VAN SONG NGIDEN CUU, PHÁT TRIEN IIE THONG GIAM SAT TY DONG. CAC QUA TRINH SINH TRUONG, PHAT TRIEN CUA HOA TRONG TRONG NHA LUGL, UNG DUNG TRONG SAN XUAT TIOA CÔNG NGIIỆ CAO LUẬN VĂN THẠC SÏ KHOA HỌC ĐIÊU KHIỂN VÀ TỰ ĐÔNG HÓA TIả Nội - 2017 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL Lai Van Song NGIDEN CUU, PILAT TRIEN ILE TIIONG GIAM SAT TU DONG. CAC QUA TRINH SINH TRUONG, PHAT TRIEN CUA HOA TRONG TRONG NHA LUGL, UNG DUNG TRONG SAN XUAT HOA CÔNG NGIIỆ CAO Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIEU KIIẺN VÀ TỰ ĐỘNG IIÓA PGS. NGUYEN QUANG DICH THả Nội — Năm 2017 CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẠN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ TĨọ và tên tác giả luận văn: Lại Văn Song Dễ tài ận văn: Nghiên cứu, phát triển hệ thông giám sát tự động các quá trinh sinh trưởng, phát triển của cây trông trong nhà lưới, ứng đụng trong sân xuất hoa công nghệ cao.

Chuyên ngành: Kỹ zhuật điển khiển và Tự động hỏa Mã số SV: CA140025 Tac giả, Người hướng dẫn khoa học và Tội đồng châm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bỗ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 19 tháng O4 năm 2017 với các nội dưng sau - Bồ sung thêm sơ dé mạch động lựo, - Sửa lại các hình vẽ, lưu đỗ thuật toán bị mờ, ~ Bồ sing thêm phân phụ lục chương trình điều khiển của PLƠ, Ngày 13 thẳng 5 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Tac gid luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG MỤC LỤC LOI CAM BOAN - - _- LOI CAM ON. DANH MỤC HÌNH VẼ. - - vi DANH MUC BANG. ¬ LOI NOI DAU.

1 DAT VAN DE - - - - sod 2. MỤC HIỂU CỦA ĐÊTÀI. Mục liêu cụ thể - 3 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠAM VI NGIIÊN CỦU.

Đổi tượng nghiên cứu. Pham vi nghiên cửu - - - 3 4 CÁCH LBP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cach tiép can 3 42. Phương pháp nghiêu cứu 4 CHUONG 1.

TONG QUAN VE SAN XUAT NON NGHỆ CAO. - Giới thiêu về sẵn xuất nông nghiệp công nghệ cao. liện trạng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao 1. Một số công nghệ đang được sử đụng trong sẵn xuất nông nghiệp.

Tĩih hinhnghiên cửu liên quan đến dễ tải. Tình hình nghiên cứu trong nước. Tình hình nghiên cứu nước ngoài 16 CHƯƠNG 2. NHỮNG YÊU CÂU BỒI VỚI QUY TRÌNH SÂN XUẤT TIOA TRONG NHÀ CÓ MÁI CITE.

San xuất họa trong nha co mai che 2 20 ii MỤC LỤC LOI CAM BOAN - - _- LOI CAM ON. DANH MỤC HÌNH VẼ. - - vi DANH MUC BANG. ¬ LOI NOI DAU.

1 DAT VAN DE - - - - sod 2. MỤC HIỂU CỦA ĐÊTÀI. Mục liêu cụ thể - 3 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠAM VI NGIIÊN CỦU.

Đổi tượng nghiên cứu. Pham vi nghiên cửu - - - 3 4 CÁCH LBP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cach tiép can 3 42. Phương pháp nghiêu cứu 4 CHUONG 1.

TONG QUAN VE SAN XUAT NON NGHỆ CAO. - Giới thiêu về sẵn xuất nông nghiệp công nghệ cao. liện trạng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao 1. Một số công nghệ đang được sử đụng trong sẵn xuất nông nghiệp.

Tĩih hinhnghiên cửu liên quan đến dễ tải. Tình hình nghiên cứu trong nước. Tình hình nghiên cứu nước ngoài 16 CHƯƠNG 2. NHỮNG YÊU CÂU BỒI VỚI QUY TRÌNH SÂN XUẤT TIOA TRONG NHÀ CÓ MÁI CITE.

San xuất họa trong nha co mai che 2 20 ii MỤC LỤC LOI CAM BOAN - - _- LOI CAM ON. DANH MỤC HÌNH VẼ. - - vi DANH MUC BANG. ¬ LOI NOI DAU.

1 DAT VAN DE - - - - sod 2. MỤC HIỂU CỦA ĐÊTÀI. Mục liêu cụ thể - 3 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠAM VI NGIIÊN CỦU.

Đổi tượng nghiên cứu. Pham vi nghiên cửu - - - 3 4 CÁCH LBP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cach tiép can 3 42. Phương pháp nghiêu cứu 4 CHUONG 1.

TONG QUAN VE SAN XUAT NON NGHỆ CAO. - Giới thiêu về sẵn xuất nông nghiệp công nghệ cao. liện trạng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao 1. Một số công nghệ đang được sử đụng trong sẵn xuất nông nghiệp.

Tĩih hinhnghiên cửu liên quan đến dễ tải. Tình hình nghiên cứu trong nước. Tình hình nghiên cứu nước ngoài 16 CHƯƠNG 2. NHỮNG YÊU CÂU BỒI VỚI QUY TRÌNH SÂN XUẤT TIOA TRONG NHÀ CÓ MÁI CITE.

San xuất họa trong nha co mai che 2 20 ii DANH MỤC HÌNH VẼ ‘Trang Hinh 1.1 Bản tiết kế mặt trước nhà kinh. Ban thiét ké mat sau nha kinh voi cooling pad. 'Thiết kẻ hệ thống đáo khi bên trong.4 Bam thiét ké tong the wha lucn 500m tai VNUA 2016 8 Hình 1. Nguyên lý hệ thống lam mat Fan and Cooling Pad.

Mô hình bố trí hệ thống làm mát. Sơ đỗ đường nhiệt trong nhà kinh. Giao điện phan mén hỗ trợ quán lý đồng ruộng, Viện nghiên cửu. lúa gạo quốc tế (TRRT).

Mũ lã lệ thống phan mém quan ly khunông ruchiệp gông nghệ cao TP. Sơ đồ mô phỏng công nghệ thủy canh.11 Hệ thống trồng rau thủy canh tại Vineco Vĩnh Phúc. Nguyên lý hệ khi canh.13 Mõ tá hệ thống tưới đng pin năng lượng mặt trời. Bộ bơm chuyên dụng dùng năng lượng mặt trửi.

‘Tram thoi tét mimi dime ning lượng mặt trời của Pessl Instruments, Uc 7 - 13 Hình 2. 'Tác giả tại vườn hoa cúc trồng nên dắt tại Dalat Hasfamn 12/2015 TH HE HH0 T001 T2. 0 E1 HH HH H0 HH re.2 Hoa dang tiền thủy canh tại Đà Lạt - 7 Hình 2. Mô hình của hệ thống diéu khién trong nha kinh.

Quy trình trồng cây đẳng tiên trong nhà lưới với sự hỗ trợ của hệ thẳng giám sắt tr động 34 Hinh 2. Khải q uw cau điền khiển của hệ thống 35 THỉnh 2. So đô bồ trí thí nghiệm của hệ thống, 36 Hinh 2. Sơ đỗ thiết kế giá chữ A hình chiếu đứng - 2 36 vii DANH MUC BANG ‘Trang Bảng 2.

Ảnh hướng của nhiệt độ đến quả trình sinh trưởng, phát triển và chất hượng hoa của cây đồng tiền. 30 Ảnh hưởng của ảnh sáng đến quả trình sinh trưởng, phát triển và chất lượng, hoa của cây đồng tiển. Ánhhưởng của độẩm đến quá trình sinh trưởng, phát triển và chật lượng hoa của cây đồng tiên - 23D Bang 2. Ảnh hướng của các yêu tổ định dưỡng dến quả trình sinh trưởng, phát triển và chất hượng hoa của cây đồng tiến.

Danhiuue cảm biến. Danh mục cơ cau chap hanh - 48 Bang 3. Danh mục thiết bị hệ thông điều khi 51 Bang 4. 8osảnhZibgee— WIB - Bluetooth,.

Danh gia wu, nbuge điểm của Zigbes. 84 vị DANH MUC BANG ‘Trang Bảng 2. Ảnh hướng của nhiệt độ đến quả trình sinh trưởng, phát triển và chất hượng hoa của cây đồng tiền. 30 Ảnh hưởng của ảnh sáng đến quả trình sinh trưởng, phát triển và chất lượng, hoa của cây đồng tiển.

Ánhhưởng của độẩm đến quá trình sinh trưởng, phát triển và chật lượng hoa của cây đồng tiên - 23D Bang 2. Ảnh hướng của các yêu tổ định dưỡng dến quả trình sinh trưởng, phát triển và chất hượng hoa của cây đồng tiến. Danhiuue cảm biến. Danh mục cơ cau chap hanh - 48 Bang 3.

Danh mục thiết bị hệ thông điều khi 51 Bang 4. 8osảnhZibgee— WIB - Bluetooth,. Danh gia wu, nbuge điểm của Zigbes. Phản thiết bị hệ thống điều khiển.

THIẾT KẺ HỆ THÔNG HOT GIÁM SÁT NHÀ TRÔNG HOA. _ Nghiên cứu loÏ trong nông nghiệp. coi wo OF ATL. GiGi thi6U VE TOT oes cecccesscsansssenssceeustecsseessteinse "—.

Xây đựng Platform cho nông nghiệp. Thiết kế triển khai hệ thống lơi,. Xây đựng hệ cảm biến đầu vào. Xây dung hé Smart Node Zighee.

Xây dumg ToT Gateway. Mô hình giao thức MQTT và CoAP. Kết quả hệ thống ToT. 93 CHUONG 5, KET LUAN VA KIẾN NGHỊ.

Để xuất phương hướng rghiên cứu. - 2 ‘TAL LIEU THÁM KHẢO. Phản thiết bị hệ thống điều khiển. THIẾT KẺ HỆ THÔNG HOT GIÁM SÁT NHÀ TRÔNG HOA.

_ Nghiên cứu loÏ trong nông nghiệp. coi wo OF ATL. GiGi thi6U VE TOT oes cecccesscsansssenssceeustecsseessteinse "—. Xây đựng Platform cho nông nghiệp.

Thiết kế triển khai hệ thống lơi,. Xây đựng hệ cảm biến đầu vào. Xây dung hé Smart Node Zighee. Xây dumg ToT Gateway.

Mô hình giao thức MQTT và CoAP. Kết quả hệ thống ToT. 93 CHUONG 5, KET LUAN VA KIẾN NGHỊ. Để xuất phương hướng rghiên cứu.

- 2 ‘TAL LIEU THÁM KHẢO. PHỤ LỤC 100 LOI CAM ON Đã thực hiện thành công luận văn này lôi xin bày tô lòng cảm ơn chân thành tới các lỗ chức và cá nhân dã luôn dông hành cùng tôi trong suối thời gian tham gia dao tạo, nghiên cứu và thực nghiệm cho tới kết quả cuối cùng. Tôi xin bày tỏ lòng trì ân đối với Học viện Nông nghiệp Uiệt Nưm, nơi tôi dang công tác đã tạo diều kiện mọi mặt cho tôi dược làm việc, nghiên cứu và học fập nâng cao trình độ chuyên môn. Em xin bày tô lòng trì ân đổi với lãnh đạo nhà trưởng và các Thầy, Cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi em theo học Cao học.

Sự cổng hiển hết mình cho sự nghiệp giáo dục đào tạo, khaa học công nghệ của các Thấy, Cô luôn là tắm gương xúng cho các thế hệ học viên chúng em noi theo.xin bày tô lòng biết ơn chân thành tới PGS. Nguyễn Quang Địch, người đã đều dắt hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xi: chân thành câm ơn các Thấy, Cô giáo, đồng nghiệp dang ving ac tai Bộ môn Tự dộng hóa, khoa Cơ diện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam dã đông hành cùng tôi trong suốt thời gian tham gia dao tao cao học. Hà Nội, ngày 13 tháng 03 năm 2017 Học viên Lại Văn Song.

Những yêu cảu chung. Cáo yêu tổ ánh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng,. ` Xây đựng quy trình khảo nghiệm sẵn xuất hoa theo hướng công nghệ cao. Lựa chẹn đôi tượng cây trồng.25 io y Xây đựng quy trình sản xuất cho hoa đổng tiến theo hướng công Ww là bo nghé cao .29 Những để xuất nghiên cứu áp đựng, - 235 fo bo io Thiết kế bố trí thí nghiệm - - 2 36 we ứn.

Thiết kể máng trồng cay. eecsssseeiseessssssssssssseeeseeeeessseeiiinsen TỔ wow Ww pow ba io Hệ thống tưới nhả giọt - - 37 Hệ thông trộn dưng địch định dưỡng. Phản củng, cho hệ thống trộn. TIệ thẳng điều tiết các thông số môi trường.e co -48 CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ HỆ THOKG TU BONG GIAM SAT BIEU KHIỂN THÔNG SỐ NHÀ KỈNH Lira chọn các thiết bị cho hệ diéu khiển PLC 45 3. Giới thiệu chung vé PLC. Giao diện người máy HMI,. tin trrzreer - Giới thiệu chung về phần mém TIA Portal - .