Đặt vấn đề Trong hoạt động kinh tế của nước ta hiện nay, nghề nuôi cá đang trên đà phát triển, bao gồm cả nghề nuôi cá cảnh và nuôi cá thịt, sản phẩm làm ra không chỉ tiêu thụ trong nước mà còn xuất khẩu, để được xuất khẩu, chúng ta đã phải trải qua những khó khăn, bất cập khi những mặt hàng xuất khẩu phải đạt được ngưỡng chất lượng đặc biệt cao, tuy có những khó khăn, nhưng ngành nuôi cá nói riêng và ngành nuôi trồng thủy sản của ta đã vượt qua một cách xuất sắc. Hiện nay có hơn 160 quốc gia, vùng lãnh thổ nhập khẩu thủy sản của nước ta, cho thấy những năm vừa qua, sản lượng cá xuất khẩu đã tăng mạnh, mang lại nhiều ngoại tệ, tạo được rất nhiều công ăn việc làm cho người dân, góp phần thúc đẩy sự phát triển của đất nước. Bên cạnh những bước tiến thuận lợi, vẫn có những thử thách hiện hữu, trong số đó là nhu cầu thị trường của mặt hàng thủy sản ngày càng cao, yêu cầu chất lượng cũng càng ngang tăng lên, nên nghề nuôi cá phải không ngừng học tập và cải tiến. Các hình thức nuôi cá hiện đại, tiên tiến hơn phải được áp dụng một cách phổ biến.
Gần đây, nghề nuôi cá còn được hỗ trợ của công nghệ sinh học, nên sản lượng tang đáng kể qua các năm. Tuy có những bước tiến lớn trong sự phát triển của nghề nuôi cá khi áp dụng công nghệ sinh học, giải quyết được nhiều vấn đề sinh học, song đó vẫn có những vấn đề về kĩ thuật chưa được giải quyết, đặc biệt quan tâm là việc theo dõi môi trường sống của cá. Nếu việc theo dõi, điều tiết môi trường sống của cá có thể tiến hành bằng cách bán tự động, tự động thay thế phương pháp thủ công thì có thể khắc phục những khó khăn trên với hiệu quả rất cao. Nắm bắt yêu cầu cấp thiết này, chúng ta có áp dụng kiến thức công nghệ tiên tiến vào quá trình nuôi trồng thủy sản.
1 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hiện nay, việc chăm sóc cá cảnh, nuôi cá công nghiệp chủ yếu còn là thủ công, chưa áp dụng nhiều khoa học công nghệ… Do vậy, việc sáng tạo ra một hệ thống chăm sóc cá sẽ rất hữu ích cho nghề nuôi cá cảnh và cả nghề nuôi cá công nghiệp nói chung, muốn được vậy ta phải đảm bảo tính chính xác và thiết thực, từ đó tạo ra một mô hình hệ thống mang tính hiệu quả mà người nông dân mong Hình 1. Ao cá cảnh công nghiệp. Từ các ứng dụng của các công cụ chăm sóc cá từ quy mô nhỏ như bể cá cho đến trang trại nuôi cá công nghiệp, hầu hết các thiết bị được điều khiển thủ công làm cho quá trình nuôi chưa thực sự mang tính ứng dụng công nghệ, chưa tích hợp được bộ điều khiển không dây. 2 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Một trong số những vấn đề khó khăn trong quá trình nuôi cá, là việc theo dõi môi trường sống của cá còn thô sơ, đặc biệt là những vùng nông thôn ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long theo quan sát thực tế, làm cho việc theo dõi, giám sát môi trường nuôi bị chậm trễ, dẫn đến khắc phục không kịp thời những thay đổi đột ngột do môi trường tự nhiên ảnh hưởng đến môi trường nuôi cá, bao gồm ánh sáng, nhiệt độ và độ pH của nước, việc thay đổi đột ngột những chỉ số của nước do môi trường tự nhiên có thể dẫn đến những tình trạng bệnh của cá, tệ hơn có thể dẫn đến cá chết hàng loạt, gây thất thoát cho người nông dân nuôi cá.
Do vậy, chúng ta phải thực hiện việc theo dõi, giám sát một cách liên tục để kịp thời xử lý những thay đổi đột ngột của môi trường, vì vậy, một hệ thống giám sát và điều khiển tự động sẽ rất giúp ích cho việc nuôi trồng thủy sản. Việc tự động đo, giám sát môi trường nước theo thời gian thực, thu thập các thông tin môi trường nước kịp thời, thông báo liên tục cho người nuôi, sẽ giúp cảnh báo cho người nuôi các chỉ số vượt ngưỡng cho phép trong môi trường nước. ảnh minh họa mô hình nuôi cá thô sơ chưa áp dụng công nghệ. 3 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.
Mục tiêu đề tài - Tính toán thiết kế hệ thống chăm sóc cá và điều khiển qua điện thoại thông minh. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 1. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu các nguyên lý hoạt động và các thành phần của các công cụ chăm sóc cá trên thị trường. Thiết kế hệ thống chăm sóc cá với phần cơ khí chắc chắn, nhỏ gọn nhất có thể, phù hợp với diện tích nuôi.
- Thiết kế và chế tạo hệ thống nuôi cá với kích thước phù hợp cho quy mô nuôi cá cảnh, cá công nghiệp. - Thiết kế bộ điều khiển hoạt động theo yêu cầu của người dùng. - Lập trình và tích hợp hệ thống điều khiển bằng module mcu esp8266 để có thể điều chỉnh nhiệt độ, độ ph và anh sáng phù hợp với môi trường tự nhiên của cá. - Điều khiển thông qua điện thoại thông minh.
- Bộ điều khiển phải nhỏ gọn có tính thẩm mỹ cao và tiết kiệm công sức hơn. - Hệ thống lắp đặt gọn gàng, tương tác dễ dàng, người dùng không mất nhiều thời gian để làm quen với hệ thống. - Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thống nuôi trong điều kiện thực tế. Đối tượng nghiên cứu - Môi trường sống của từng loại cá nuôi, môi trường tự nhiên từng vùng miền.
- Xác định hiệu quả của việc theo dõi, giám sát và chăm sóc cá của hệ thống. - Xác định độ ảnh hưởng của môi trường tự nhiên đối với sự sống của cá. Ý nghĩa khoa học - Ý nghĩa khoa học là tiêp cận nền công nghệ mới, kiến thức mới về việc sử dụng hệ thống chăm sóc cá với chi phí thấp. - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ vào nền nông nghiệp, đặc biệt là lĩnh vực nuôi trồng thủy sản.
- Tạo cảm hứng nghiên cứu cho các đề tài khác trong lĩnh vực nông nghiệp truyền thống vốn đang phát triển mạnh. - Đề tài giải quyết vấn đề nuôi cá hiệu quả, tiết kiệm chi phí lao động, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. 4 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 - Đề tài ứng dụng công nghệ vi điều khiển, mạng không dây và điện thoại thông minh để thiết kế và chế tạo hệ thống chăm sóc cá có khả năng tự động hoặc từ xa điều khiển bật tắt đèn, điều chỉnh nhiệt độ, độ ph phù hợp với môi trường của cá. - Đề tài nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chăm sóc cá, như lượng nước, nhiệt độ, độ ph, ánh sáng, môi trường nuôi tôm, và đưa ra các giải pháp cải tiến máy cho hệ thống chăm sóc cá.
- Đề tài góp phần phát triển ngành nuôi cá cảnh nói riêng, và cả ngành nuôi cá công nghiệp của Việt Nam nói chung, đáp ứng nhu cầu thị trường trong và ngoài nước. Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài thiết kế chế tạo hệ thống chăm sóc cá điều khiển bật tắt đèn, điều tiết nhiệt độ và độ ph của nước thông qua điện thoại thông minh có ý nghĩa thực tiễn rất lớn cho ngành nuôi trồng thủy sản. - Hệ thống chăm sóc cá có thể giúp tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí của người nuôi cá bằng cách tự động phân bổ lượng nước, ánh sáng, nhiệt độ và độ ph phù hợp cho cá theo yêu cầu được lập trước. - Hệ thống chăm sóc cá còn có khả năng kết nối với điện thoại thông minh của người nuôi cá qua mạng wifi, cho phép người nuôi cá có thể điều khiển bật tắt máy bơm, thay đổi yêu cầu nhiệt độ, độ ph hoặc kiểm tra trạng thái của hệ thống từ xa một cách dễ dàng và thuận tiện.
- Hệ thống chăm sóc cá cũng góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách giảm thiểu lượng nước dư thừa, ánh sáng phù hợp và tăng cường sự phát triển của cá. - Đưa người nông dân tiếp xúc gần hơn với những công nghệ trong sản xuất. Giới hạn đề tài Đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình chăm sóc cá ứng dụng IOT” … 5 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Chương 2: TỔNG QUAN 2. Giới thiệu chương Trong chương này em sẽ trình bày về ứng dụng của IOT trong nông nghiệp, 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 nông nghiệp 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. 6 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail. 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.