Chương 1. Tổng quan về đề tài đo đạc được các thông số nhiệt độ, độ ẩm, mưa, …gửi lên App Android (được xây dựng từ MIT App Inventor) nếu các thông số nhiệt độ, độ ẩm vượt ngưỡng cho phép (các ngưỡng có thể cài đặt được tùy vào mục đích sử dụng) thì sẽ bật tắt máy bơm thông qua các ngưỡng thời gian đã được cài đặt trong ngày (thời gian có thể thay đổi được tùy vào mục đích sử dụng), nếu máy bơm đang bật phát hiện mưa thì máy bơm sẽ tắt, có thể bật tắt máy bơm thủ công bằng tay hoặc bật tắt máy bơm thông qua App Android (được xây dựng từ MIT App Inventor), hiển thị các thông số lên LCD 16x2 và App Android (được xây dựng từ MIT App Inventor). Trần Trọng Tuyên 4 Nhóm SVTH: Lê Tấn Hoàng Xuân Lãm Trương Thanh Vỹ Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI 2. Giới thiệu chương. Trong chương này nhóm em sẽ trình bày về ứng dụng của IOT trong chăm sóc vườn cây, yếu tố nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng, sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động, tìm hiểu tổng quan về phần cứng phần mềm, từ đó đưa ra những linh kiện, module có thể ứng dụng vào hệ thống và xây dựng sơ đồ khối cho các chức năng thực hiện. Ứng dụng IOT trong việc chăm sóc cây trồng 2.
Giới thiệu Từ khi lần đầu được giới thiệu cách đây gần 20 năm, cho tới hiện nay các ứng dụng IOT là một trong những mảng công nghệ phát triển nhất trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, nó xuất hiện và tác động tích cực tới từng ngành, từng lĩnh vực trong đó có ngành nông nghiệp.Ứng dụng IOT trong nông nghiệp góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải thiện bộ mặt cho cho nền nông nghiệp trong tương lai gần.1: Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp. Trần Trọng Tuyên 5 Nhóm SVTH: Lê Tấn Hoàng Xuân Lãm Trương Thanh Vỹ Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IOT Kiến trúc của IOT gồm bốn thành phần cơ bản chính gồm: Vạn vật (Things), Trạm kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng (Internet) và cuối cùng là lớp dịch vụ (Service). Vạn vật (Things): Ngày nay có vô vàn vật dụng đang hiện hữu trong cuộc sống, ở trên các khu canh tác, ở trong nhà hoặc trên chính các thiết bị lưu động của người dùng.
Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu của đối tượng nông nghiệp một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối. Từ đó, các thiết bị, vật dụng sẽ có thể thực hiện nhiệm vụ của mình đối với đối tượng nông nghiệp cần quản lý. Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một vùng trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý. Gateways có thể là một thiết bị vật lý hoặc là một phần mềm được dùng để kết nối giữa Cloud (điện toán đám mây) và bộ điều khiển, các cảm biến, các thiết bị thông minh.
Hạ tầng mạng (Internet): Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ. Lớp dịch vụ (Service): Là các ứng dụng được các hãng công nghệ, hoặc thậm chí người dùng tạo ra để dễ dàng sử dụng các sản phẩm IOT một cách hiệu quả và tận dụng được hết giá trị của sản phẩm. Trần Trọng Tuyên 6 Nhóm SVTH: Lê Tấn Hoàng Xuân Lãm Trương Thanh Vỹ Đồ án tốt nghiệp Chương 2.
Cơ sở lý thuyết Hình 2.2: Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT 2. Các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm đất ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Nhiệt độ ảnh hưởng tới sự phát triển của cây trồng là rất lớn.
Nó quyết định tới 70% chất lượng và sản lượng canh tác. Nhiệt độ giới hạn cho sự tồn tại của sinh vật là khoảng -35o đến +75o C. Tuy nhiên, khoảng nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triển của phần lớn cây trồng nông nghiệp chỉ biến thiên trong khoảng nhiệt độ hẹp hơn; có thể từ 15-40oC. Ở nhiệt độ cao hay thấp hơn khoảng giới hạn này thì sự sinh trưởng sẽ bị giảm 1 cách nhanh chóng.
Nhiệt độ tối hảo cho sự sinh trưởng khác nhau tùy theo giống hay loài, tùy theo thời gian tác động của nhiệt độ, tuổi cây, thời kỳ phát triển, và các ngưỡng sinh trưởng riêng biệt được dùng để đánh giá khả năng hoàn thành chu kỳ sống, sự hấp thu nước và dinh dưỡng, hô hấp, khả năng thấm của màng tế bào, và sự tổng hợp protein. Trong điều kiện nhiệt độ cao, sự mất nước do thoát hơi có thể vượt quá lượng nước hấp thu vào, và hậu quả là cây bị héo. Sự hấp thu nước của rễ cây chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, trong môi trường nhiệt độ tăng cao thì sự hấp thu nước của rễ tăng. Nhiệt độ đất thấp cũng có thể ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng của cây do ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hấp thụ nước.
Nếu nhiệt độ đất thấp mà sự thoát hơi cao, thì cây trồng có thể bị tổn thương do các mô bị mất nước. Ẩm độ đất cũng có thể bị ảnh hưởng do nhiệt độ, thời tiết nóng không bình thường sẽ làm cho sự bốc hơi nước nhanh hơn từ mặt đất. Nhiệt độ cũng GVHD: Ths. Trần Trọng Tuyên 7 Nhóm SVTH: Lê Tấn Hoàng Xuân Lãm Trương Thanh Vỹ Đồ án tốt nghiệp Chương 2.
Cơ sở lý thuyết gây ảnh hưởng một cách gián tiếp đến sự sinh trưởng của cây, do ảnh hưởng của nhiệt độ đến dân số vi sinh vật trong đất. Sự hoạt động của các vi khuẩn chuyển hoá N, cũng như phần lớn sinh vật tự dưỡng, tăng theo sự tăng nhiệt độ. pH đất cũng có thể thay đổi theo nhiệt độ, và pH lại ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng. Ảnh hưởng của độ ẩm đất đến sự phát triển của cây trồng.
Nước là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự phát triển của cây trồng. Cây trồng sống và phát triển được nhờ chất dinh dưỡng trong đất và được nước hòa tan, đưa lên cây qua hệ thống rễ. Nước giúp cây trồng thực hiện các quá trình vận chuyển các chất khoáng trong đất giúp điều kiện quang hợp, hình thành sinh khối tạo nên sự sinh trưởng của cây trồng. Vì vậy trong đất cần có một độ ẩm thích hợp để cây trồng hút được dễ dàng.
Đất ngập úng hay thiếu nước đều ảnh hưởng không tốt cho sự sinh trưởng của cây trồng. Cây trồng bị ngập nước dẫn đến các tế bào rễ không hô hấp được. Nên không cung cấp đủ oxy cho hoạt động của các tế bào rễ cùng với việc tích lũy các chất độc hại. Do đó, sẽ làm chết đi các lông hút ở rễ, không thể hình thành được lông hút mới.
Cây không thể hút nước nên lâu ngày sẽ dẫn đến héo và chết cây. Cây 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.
Lượng nước tưới cần tăng theo quá trính sinh trưởng. Đat đến mức tối đa khi cây có khối lượng thân lá lớn nhất nhưng khác nhau tùy theo loại cây trồng: + Những cây lấy hạt nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ hình thành các cơ quan sinh sản. + Những loại cây lấy củ nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ phát triển củ. Ở thời kỳ này, cây tiêu thụ nước với hiệu suất tích lũy chất khô cao nhất.
Và nước đóng vai trò quyết định đến năng suất cuối cùng. Trần Trọng Tuyên 8 Nhóm SVTH: Lê Tấn Hoàng Xuân Lãm Trương Thanh Vỹ Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Cơ sở lý thuyết + Cây rau yêu cầu nước nước trong suốt quá trình sinh trưởng. Tưới nước còn ảnh hưởng đến hoạt động sinh học trong đất.
Độ ẩm đất thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động gần với giới hạn nhiệt độ cần thiết cho cây trồng. Ở độ ẩm cây héo thì hoạt động của vi sinh vật bị trì trệ. Độ ẩm 80 – 95% của sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng là giới hạn thích hợp cho nấm và xạ khuẩn hoạt động. Vi khuẩn phân giải Cellulose cũng hoạt động mạnh ở giới hạn độ ẩm 85 – 90% độ chứa ẩm tối đa.
Độ ẩm còn ảnh hưởng hoạt động của vi khuẩn nốt sần, Trong vùng khô hạn, nốt sần của rễ cây họ đậu gần như không hoạt động được. Nhưng tưới đủ ẩm thì quá trình này tiến hành bình thường. Dinh dưỡng đạm của cây trồng được tăng cường hơn. Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống.
Thingspeak App Android Khối nút nhấn Khối xử lý Khối thu thập dữ trung tâm liệu cảm biến Firebase ESP8266 Khối công xuất Khối LCD 16x2 Khối nguồn Khối thiết bị Hình 2.3: Sơ đồ khối của hệ thống GVHD: Ths. Trần Trọng Tuyên 9 Nhóm SVTH: Lê Tấn Hoàng Xuân Lãm Trương Thanh Vỹ Đồ án tốt nghiệp Chương 2.