Hướng dẫn thiết kế và triển khai hệ thống aquaponics thông minh với công nghệ IoT

• Tác giả: Tran Ngoc Dat
• Người hướng dẫn: PhD. Vu Quang Huy
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Mechatronics Engineering
• Đề tài: Thiết kế và triển khai hệ thống aquaponics thông minh sử dụng công nghệ IoT
• Loại tài liệu: Graduation project
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• Disclaimer
• Acknowledgments
• Table of Content
• List of Figures
• List of Tables
• Abstract
• 1. CHƯƠNG 1: OVERVIEW
• 1.1. Problems in Vietnam
• 1.2. Overall Aquaponics
• 1.2.1. Definition of Aquaponics
• 1.2.2. Portable Farms Aquaponics Systems
• 2. CHƯƠNG 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Types of Aquaponics systems
• 2.1.1. Media-Based Aquaponics System
• 2.1.2. Nutrient Film Technique
• 2.1.3. Raft System
• 2.2. The importance of the Aquaponics system
• 2.3. Virtual Host for Webserver
• 2.4. Overview of Internet of Things
• 2.5. Overview of Webserver
• 2.6. Communication between Webserver and Database
• 2.7. PID in controlling water flow and temperature
• 2.8. Plants in the Aquaponics system
• 2.9. Fishes in the Aquaponics system
• 2.10. What is IoT?
• 2.11. How do IoT technology work?
• 3. CHƯƠNG 3: DESIGN AND IMPLEMENTATION
• 3.1. System block diagram
• 3.2. Essential factors of Aquaponics system
• 3.3. Fish and vegetables in Aquaponics system
• 3.4. Effected elements in Aquaponics system
• 3.5. pH sensor- PH E-201-C-TH211
• 3.6. Light sensor- IC LM393
• 3.7. Temperature sensor- DHT11
• 3.8. Humidity sensor- E2000115 with IC LM393
• 3.9. Level sensor- HC - SR04
• 3.10. Circuit diagram of ESP8266 with NRF module communication
• 3.11. Circuit diagram of Aquaponic Systems
• 3.12. Timer for tracking plants
• 4. CHƯƠNG 4: EXPERIMENT RESULTS/ FINDINGS AND ANALYSIS
• 4.1. Establish Target Specifications
• 4.2. List of metrics
• 4.3. Needs and metrics correlations
• 4.4. What is completed and needs improvements?
• 5. CHƯƠNG 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
• References
• Appendix 1: Abbreviation

I. Thiết kế hệ thống aquaponics

Thiết kế hệ thống aquaponics là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong việc triển khai mô hình này. Hệ thống bao gồm các thành phần chính như bể cá, bể trồng cây, máy bơm, và hệ thống thoát nước. Công nghệ IoT được tích hợp để tự động hóa quá trình quản lý và giám sát. Các yếu tố như pH, nhiệt độ, độ ẩm, và mức nước được theo dõi liên tục thông qua các cảm biến. Hệ thống aquaponics thông minh này không chỉ tối ưu hóa năng suất mà còn giảm thiểu sự can thiệp của con người.

1.1. Các thành phần chính

Hệ thống bao gồm bể cá, bể trồng cây, máy bơm, và hệ thống thoát nước. Công nghệ IoT được sử dụng để kết nối các thành phần này, tạo ra một hệ thống tự động và hiệu quả. Các cảm biến như pH, nhiệt độ, và độ ẩm được lắp đặt để theo dõi liên tục các thông số môi trường.

1.2. Tích hợp IoT

IoT trong aquaponics giúp tự động hóa quá trình quản lý và giám sát. Dữ liệu từ các cảm biến được truyền về máy chủ để phân tích và điều chỉnh kịp thời. Hệ thống aquaponics IoT này không chỉ tối ưu hóa năng suất mà còn giảm thiểu sự can thiệp của con người.

II. Triển khai hệ thống aquaponics

Triển khai hệ thống aquaponics đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật và kinh nghiệm thực tế. Quá trình này bao gồm việc lắp đặt các thiết bị, cấu hình hệ thống, và kiểm tra hoạt động. Hệ thống aquaponics thông minh được thiết kế để hoạt động ổn định và hiệu quả trong mọi điều kiện môi trường. Các giải pháp IoT được áp dụng để quản lý và giám sát hệ thống một cách tự động.

2.1. Lắp đặt thiết bị

Quá trình lắp đặt bao gồm việc thiết lập bể cá, bể trồng cây, máy bơm, và hệ thống thoát nước. Công nghệ IoT được tích hợp để kết nối các thiết bị này, tạo ra một hệ thống tự động và hiệu quả.

2.2. Kiểm tra hoạt động

Sau khi lắp đặt, hệ thống được kiểm tra để đảm bảo hoạt động ổn định. Hệ thống aquaponics IoT được thiết kế để tự động điều chỉnh các thông số môi trường như pH, nhiệt độ, và độ ẩm.

III. Ứng dụng công nghệ IoT trong aquaponics

Công nghệ IoT trong aquaponics đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa và tối ưu hóa hệ thống. Các cảm biến được sử dụng để theo dõi các thông số môi trường như pH, nhiệt độ, và độ ẩm. Dữ liệu được truyền về máy chủ để phân tích và điều chỉnh kịp thời. IoT và aquaponics kết hợp tạo ra một hệ thống thông minh, hiệu quả, và bền vững.

3.1. Theo dõi thông số môi trường

Các cảm biến như pH, nhiệt độ, và độ ẩm được sử dụng để theo dõi liên tục các thông số môi trường. Công nghệ IoT giúp truyền dữ liệu về máy chủ để phân tích và điều chỉnh kịp thời.

3.2. Tự động hóa quản lý

IoT trong quản lý aquaponics giúp tự động hóa quá trình quản lý và giám sát. Hệ thống có thể tự động điều chỉnh các thông số môi trường để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

IV. Giải pháp nông nghiệp thông minh

Giải pháp nông nghiệp thông minh sử dụng công nghệ IoT để tối ưu hóa quá trình sản xuất nông nghiệp. Hệ thống nông nghiệp thông minh bao gồm các công nghệ như cảm biến, máy chủ, và phần mềm quản lý. Công nghệ IoT trong nông nghiệp thông minh giúp tăng năng suất, giảm chi phí, và bảo vệ môi trường.

4.1. Tối ưu hóa năng suất

Công nghệ IoT giúp tối ưu hóa năng suất bằng cách theo dõi và điều chỉnh các thông số môi trường. Hệ thống nông nghiệp thông minh có thể tự động điều chỉnh các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, và độ ẩm để đảm bảo cây trồng phát triển tốt nhất.

4.2. Bảo vệ môi trường

Giải pháp IoT cho aquaponics giúp giảm thiểu tác động đến môi trường bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên. Hệ thống aquaponics thông minh sử dụng nước và năng lượng một cách hiệu quả, giảm thiểu chất thải và ô nhiễm.