Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Nhu cầu công nghệ IoTs trong lĩnh vực trang trại nông nghiệp hiện nay 1.1 Công nghệ IoTs IoT – Internet of things hay vạn vật kết nối Internet: là một hệ thống các thiết bị công nghệ có liên quan đến nhau, mọi vật được kết nối với nhau dựa trên giao thức chung là mạng Internet. Việc đầu tư cho IoT đã, đang và vẫn sẽ tiếp tục được tăng mạnh. Thị trường IoT toàn cầu ước tính đạt 1.567 tỷ USD vào năm 2025, tăng từ 110 tỷ USD năm 2017, với tốc độ tỷ lệ tăng trưởng hàng năm kép (CAGR) là 39% từ năm 2017 đến năm 2025 (Hình 1.1: Dự báo thị trường IoT toàn cầu, 2017-2025 Nghiên cứu của Business Insider dự đoán rằng đến năm 2023 sẽ có 12 triệu thiết bị cảm biến nông nghiệp được lắp trên toàn cầu.Thị trường nông nghiệp thông minh toàn cầu dự đoán sẽ đạt 15.344 triệu USD vào cuối năm 2025, tăng gấp 3 lần so với năm 2016 (5.098 triệu USD) và tăng trưởng với tốc độ CAGR trên 13,09% từ năm 2017 đến 2025. 5 0 0 Tieu luan Hình 1.2: Số lượng thiết bị IoT lắp đặt trên toàn cầu từ 2015-2025 Từ đó tạo thành mạng lưới làm việc thông minh và có khả năng lưu trữ thông tin và sử dụng thông tin đó và các mục đích khác nhau tùy nhu cầu.
Ví dụ như với hệ thống IoT cho nông nghiệp, nó được sử dụng để các thiết bị trong vườn (hệ thống tưới, rèm, phân bón) hoạt động một cách tự động theo số liệu được thu thập. Điều này có nghĩa chúng ta cho những thiết bị kỹ thuật một trí thông minh nhân tạo. Để từ đó chúng giao tiếp với nhau và hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người. IoT có khả năng ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra như sau: Quản lý thiết bị cá nhân Quản lý vườn nông sản Nhà thông minh Mua sắm thông minh Các tòa nhà tự động hóa … IoT giúp cho mọi việc trở nên nhanh chóng, tiện lợi và thông minh hơn.
Ứng dụng IoT con người có thể làm được những việc cần độ chính xác và tính toán rất cao, lưu trữ và cung cấp thông tin liên tục mà không cần con người can thiệp. Ngoài ra hệ thống IoT còn có thể phân tích được rất nhiều chỉ số cùng lúc và từ đó đưa ra hướng giải quyết tốt nhất cho một vấn đề nào đó. Ngoài ra cũng tiết kiệm được rất nhiều nhân lực trong quá trình vận hành và quản lý. Và một trong những vấn đề mà 6 0 0 Tieu luan nhóm muốn nói đến ở đây chính là áp dụng IoT trong nông nghiệp rộng hơn là nông nghiệp thông minh.2 Đáp ứng công nghệ IoTs trong lĩnh vực nông nghiệp Nhiều nông dân Việt Nam quen với kiểu canh tác sản xuất theo kinh nghiệm cảm tính “trông trời, trông đất, trông mây, trông mưa, trông nắng, trông ngày, trông đêm”.
Hiện nay trong hoàn cảnh thời tiết thường xuyên thay đổi đột ngột do tác động của biến đổi khí hậu, thì nông dân khó mà có thể ứng phó kịp thời với sự thay đổi đó.3: Xu hướng ứng dụng IoTs trong nông nghiệp Nhưng với IoT vấn đề này sẽ được giải quyết rất dễ dàng. Từ các cảm biến được đặt hợp lý trong khu vườn, nông trại. Cảm biến sẽ thu thập các chỉ số của môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,…) một cách liên tục và gửi dữ liệu đó về các bộ vi xử lý để vận hành hệ thống tưới, làm mát, chiếu sáng,. đảm bảo phù hợp cho cây trồng.
7 0 0 Tieu luan Hình 1.4: Giám sát các thông số cây trồng ở trang trại qua Smartphone Chẳng hạn như để đầu tư hệ thống tưới nước phục vụ trong trồng trọt, trong khi trên thị trường có rất nhiều nhà cung cấp hệ thống tưới tự động được phát triển trên nền tảng IoT. Thì việc lựa chọn, đầu tư một hệ thống tưới chính xác tự động (giải pháp IoT) mang lại hiệu quả tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: quy mô sản xuất; đặc điểm yêu cầu tưới nước của mỗi loại cây; điều kiện nguồn nước; kỹ thuật vận hành hệ thống; chi phí đầu tư và khả năng lợi nhuận thu được. Tất cả các yếu tố đòi hỏi người nông dân cần phải biết. Và chúng là căn cứ để có sự lựa chọn giải pháp IoT phù hợp.
Ví dụ việc đầu tư hệ thống tưới tiêu đối với các loại cây rau, củ, quả trồng cách xa nhau và ở những nơi có nguồn nước khan hiếm, thì hệ thống tưới nước nhỏ giọt tự động là một giải pháp thích hợp để lựa chọn đầu tư, bởi vì những loại rau củ này có rể không rộng nên sẽ giảm lãng phí nguồn nước. Mặc dù, IoT là nền tảng cơ sở quan trọng để tạo ra các giải pháp công nghệ hỗ trợ tất cả các khâu trong nông nghiệp được xử lý tự động thông minh, chính xác. Tuy nhiên không có giải pháp công nghệ nào là hoàn hảo tuyệt đối với tất cả mọi người. Giải pháp công nghệ nào cũng có cái ưu, cái nhược của nó trong mỗi trường hợp cụ thể.
Chỉ có cách làm sáng tạo, sáng kiến cải tiến mới hạn chế được nhược 8 0 0 Tieu luan điểm công nghệ và mang lại kết quả đúng như mong muốn của người sử dụng chúng. Trước đây, chúng ta đã từng nghe câu chuyện về những kỹ sư, nông dân Đất Sen hồng (Đồng Tháp) sáng chế, cải tiến hàng loạt những chiếc máy nông nghiệp ưu việt hơn máy ngoại nhập. Và giờ đây hi vọng câu chuyện đó sẽ được nhiều nông dân Việt Nam viết tiếp bằng việc ứng dụng sáng tạo IoT và các nền tảng công nghệ hiện đại khác của cuộc cách mạng 4.0 vào nông nghiệp.5: Một số mô hình đang được lắp đặt Trên con đường chinh phục, ứng dụng những đỉnh cao công nghệ để nâng cao thu nhập, chất lượng cuộc sống. Nông dân Việt Nam không hề đơn độc, nếu họ biết tận dụng sức mạnh tập thể (như hội quán nông dân, hợp tác xã.) liên kết với doanh nghiệp, cùng với sự tương trợ của đội ngũ trí thức khoa học công nghệ để tạo nên sức mạnh đoàn kết, phát triển nền nông nghiệp Việt Nam đạt được thành tựu to lớn, trở thành một nền nông nghiệp thực sự thông minh.3 Hiệu quả mang lại từ việc áp dụng công nghệ IoTs trong nông nghiệp IoT trong nông nghiệp số là các thiết bị thông minh và các thiết bị cảm biến kết nối và điều khiển tự động trong suốt quá trình sản xuất giúp ứng phó với biến đổi khí hậu và hiệu ứng nhà kính.
Bên cạnh đó, nó sẽ giúp nâng cao chất lượng, bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm và nâng cao giá trị sản phẩm. 9 0 0 Tieu luan Hình 1.6: Giám sát trang trại nông nghiệp qua websever Ứng dụng IoT vào trong nông nghiệp hiện nay là một xu hướng chung của toàn thế giới, đặc biệt là đối với những đất nước lấy nông nghiệp làm trọng tâm, trong đó của Việt Nam. IoT sẽ biến nông nghiệp từ một lĩnh vực sản xuất định tính thành một lĩnh vực sản xuất chính xác dựa vào những số liệu thu thập, tổng hợp và phân tích thống kê. Việc ứng dụng IoT vào trong nông nghiệp không chỉ đem lại cho người làm nông đạt năng suất và sản lượng cao, IoT còn giúp cho người làm nông tiếp cận được với nền khoa học kỹ thuật tối tân của nhân loại, cùng với đó đem đến cho người sử dụng vô vàn những lợi ích không tưởng…Đây được xem như chìa khóa thành công của rất nhiều thương hiệu nông sản lớn với những lợi ích như: Hiệu quả vượt trội: Áp dụng IoT trong nông nghiệp giúp nhà nông đạt năng suất cao trong thời gian ngắn.
Giúp cây luôn đạt được môi trường lý tưởng để sinh trưởng về phát triển với hệ thống: tưới tiêu, bón phân dựa trên nhu cầu và robot thu hoạch tự động. Phủ sóng nông nghiệp: Nếu như trước kia bạn sẽ luôn phải chọn một mảnh đất lớn để nuôi trồng với những ảnh hưởng mà nó mang lại. Thì với công nghệ IoT 10 0 0 Tieu luan cùng phương pháp trồng trong nhà kính, thủy canh, một số mô hình trang trại có thể đặt ngay trong thành phố. Giảm tài nguyên: Với khả năng tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước, đất đai, năng lượng, … Nông nghiệp hiện đại giảm được rất nhiều tài nguyên mà vẫn đảm bảo năng suất.
Quy trình sạch hơn: Mô hình trồng nông sản sạch áp dụng IoT vào quy trình sản xuất giúp hạn chế tối đa và gần như không sử dụng hóa chất trừ sâu, phân bón hóa học độc hại trong quá trình nuôi trồng. Chính điều này giúp cho nông sản dễ dàng đến với các nước khó tính trên thế giới. Nhanh chóng: Với sự hỗ trợ từ hệ thống IoT, môi trường sống và phát triển của cây trong từng giai đoạn đều nằm ở mức lý tưởng. Điều này giúp cây phát triển rất nhanh chóng và nhanh cho thu hoạch.
Cải thiện chất lượng nông sản: Không chỉ nhanh chóng, với sự chăm sóc liên tục 24/7 của hệ thống IoT nói riêng và nông nghiệp thông minh nói chung. Nông sản của bạn sẽ được nâng tầm chất lượng, tăng giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị sản phẩm. Với việc thị trường ngày càng khó tính thì áp dụng IoT trong nông nghiệp đang là biện pháp vô cùng tốt để các nhà nông có thể bắt kịp xu thế thị trường và đưa nông sản của mình tiếp cận nhiều quốc gia khó tính đầy tiềm năng.2 Nhiệm vụ cần thực hiện nhằm giải quyết vấn đề cho nông nghiệp IoTs Dựa trên những nhu cầu về công nghệ trong xã hội đưa ra, nhóm sẽ tiến hành thi công bộ điều khiển và giám sát từ xa bằng công nghệ Iots, cụ thể sẽ giám sát một số vấn đề về môi trường, giám sát tình trạng cây trồng nông nghiệp, điều khiển thiết bị từ xa bất cứ nơi đâu qua app, điều khiển trực tiếp trên nút nhấn. Ở bộ phận giám sát sẽ sử dụng các cảm biến lắp đặt trực tiếp bên trong trang trại để giám sát độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng,…Còn bộ phận điều khiển sẽ điều khiển các thiết bị phục vụ cho trang trại nông nghiệp.3 Phạm vi giới hạn 11 0 0 Tieu luan Đề tài “Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại bằng nông nghiệp IoTs” có những giới hạn sau: Hệ thống gồm 1 board mạch chính (Node MCU ESP8266) và 1 board mạch phụ (Arduino Uno) điều khiển và giám sát cho tối đa 4 thiết bị điện.
Điều khiển các thiết bị quạt, đèn, … công suất tiêu thụ dưới 1000W. Hiển thị các thông số đo được trên màn hình LCD 20x4, app, website.