I. Giới thiệu về Mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IoT tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IoT" tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc xây dựng một mô hình nhà kính thông minh để trồng cà chua. Đồ án ứng dụng công nghệ IoT trong nông nghiệp, cụ thể là sử dụng các cảm biến và vi điều khiển để giám sát và điều khiển các yếu tố môi trường trong nhà kính, nhằm tối ưu hóa quá trình sinh trưởng của cây cà chua và tăng năng suất. Nhà kính trồng cà chua này được thiết kế với hai chế độ hoạt động: tự động hóa (AUTO) và thủ công (MANUAL), cho phép người dùng kiểm soát các thông số môi trường một cách linh hoạt. Đây là một nghiên cứu thực tiễn, đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu nông nghiệp và ứng dụng công nghệ IoT tại HCMUTE.
1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế và thi công một mô hình trồng cà chua trong nhà kính sử dụng IoT. Hệ thống cần điều khiển các thiết bị như quạt, đèn, máy bơm nước, v.v... bằng màn hình cảm ứng và giám sát từ xa qua internet. Các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng sẽ được giám sát và hiển thị. Hệ thống hoạt động bằng năng lượng mặt trời và có hai chế độ điều khiển nhà kính thông minh: AUTO và MANUAL. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cây cà chua. Mô hình có kích thước hạn chế (80x50x50cm) và chỉ mang tính chất mô hình học tập. Nghiên cứu khoa học nhà kính này tập trung vào việc kiểm chứng khả năng ứng dụng công nghệ.
1.2 Phương pháp nghiên cứu
Đồ án áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Các bước thực hiện bao gồm: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, thiết kế và thi công mạch nguồn, lập trình thu thập dữ liệu từ các cảm biến (cảm biến nhà kính) như FC28, DHT22, BH1750, lập trình giao tiếp với module ESP8266 và thiết kế website quản lý dữ liệu, thiết kế giao diện người dùng trên màn hình cảm ứng HMI UART LCD, thiết kế mạch công suất, tích hợp các khối thành mô hình hoàn chỉnh, gỡ lỗi và hiệu chỉnh hệ thống. Dữ liệu thu thập được từ các cảm biến nhà kính được xử lý và phân tích để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Việc sử dụng Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý trung tâm là một lựa chọn quan trọng trong quá trình xây dựng nhà kính.
II. Phân tích hệ thống nhà kính thông minh
Hệ thống sử dụng IoT để giám sát và điều khiển môi trường trong nhà kính. Giám sát nhà kính bằng IoT được thực hiện thông qua các cảm biến, thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và lượng mưa. Dữ liệu này được truyền đến bộ điều khiển trung tâm (Arduino Mega 2560), xử lý và hiển thị trên màn hình HMI và website. Chế độ AUTO tự động điều chỉnh các thiết bị dựa trên các ngưỡng cài đặt sẵn. Chế độ MANUAL cho phép người dùng điều khiển thủ công. Thu thập dữ liệu nhà kính và phân tích dữ liệu nhà kính là hai khía cạnh quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hệ thống. Quản lý nhà kính được đơn giản hóa nhờ vào khả năng giám sát từ xa.
2.1 Cảm biến và thiết bị
Hệ thống sử dụng các cảm biến như DHT22 (đo nhiệt độ và độ ẩm), FC28 (đo độ ẩm đất), BH1750 (đo ánh sáng). Các thiết bị điều khiển bao gồm máy bơm nước, hệ thống phun sương, quạt và đèn. Cảm biến nhà kính được lựa chọn dựa trên độ chính xác và khả năng tương thích với hệ thống. Việc sử dụng ESP8266 cho phép kết nối không dây với internet, giúp giám sát từ xa. Thiết kế nhà kính cần đảm bảo sự bố trí hợp lý của các cảm biến và thiết bị điều khiển để tối ưu hiệu quả hoạt động.
2.2 Phần mềm và giao diện người dùng
Phần mềm được phát triển để giám sát và điều khiển hệ thống. Giao diện người dùng trên màn hình HMI UART LCD cho phép người dùng tương tác trực tiếp với hệ thống. Website cung cấp giao diện giám sát từ xa và cho phép người dùng thay đổi cài đặt. Ứng dụng IoT trong trồng trọt này sử dụng PHP để phát triển website, tạo điều kiện dễ dàng quản lý. Thiết kế phần mềm nhằm đảm bảo tính trực quan, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết.
III. Kết luận và hướng phát triển
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IoT. Hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Mô hình trồng cà chua này thể hiện tiềm năng ứng dụng công nghệ IoT trong nông nghiệp. Tuy nhiên, mô hình còn hạn chế về quy mô và tính năng. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm mở rộng quy mô, tích hợp thêm các cảm biến và tính năng thông minh khác, xây dựng hệ thống tự động hóa hoàn toàn, và nghiên cứu ứng dụng cho nhiều loại cây trồng khác. Phát triển bền vững nông nghiệp cần sự hỗ trợ mạnh mẽ từ nông nghiệp công nghệ cao.
