Chương 1: Tổng quan Chương này cung cấp ngắn gọn và tổng quát về các yêu cầu của báo cáo bao gồm giới thiệu, mục tiêu, phạm vi và nội dung của luận văn. 2 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày những cơ sở bao gồm các lý thuyết về nghiên cứu đã được thực hiện, các phương pháp và mô hình trồng rau, lý thuyết về máy tính Raspberry Pi và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ. Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương này trình bày chi tiết các thiết kế cho toàn bộ hệ thống bao gồm: phần cứng, phần mềm và lưu đồ giải thuật, thiết kế giao diện App. Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày về những thực nghiệm bao gồm thi công phần cứng, xây dựng giao diện – giám sát và điều khiển thông qua app Blynk, kết quả thực hiện.
Chương 5: Kết luận và phương hướng phát triển Chương này đưa ra kết luận, ưu điểm – hạn chế của đề tài và hướng phát triển tiếp theo. CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIỚI THIỆU MÔ HÌNH IOT TRONG NÔNG NGHIỆP Hệ thống vườn rau IoT quy mô công nghiệp Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, ngày càng nhiều máy móc được đưa vào sử dụng phổ biến trong cuộc sống. Máy móc được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực: kinh doanh, y tế, xây dựng, … và hiện tại nền nông nghiệp của Việt Nam đang có những bước chuyển hóa lớn sang hướng công - nông nghiệp. Nhiều hệ thống máy móc ra đời phục vụ cho nền nông nghiệp trong nước và thế giới.
Những hệ thống mang lại hiệu quả cao được ưa chuộng là những hệ thống tự động có thể điều khiển và giám sát từ xa. Hiện nay, hệ thống vườn rau tự động không còn quá xa lạ với người sử dụng. 1: Mô hình vườn rau tự động công nghiệp. Mô hình vườn rau tự động hiện nay được các nhà kinh tế lựa chọn rất nhiều vì những hiệu quả tuyệt vời mà nó mang lại.
Diện tích không cần quá lớn, vừa có thể tiết kiệm được thời gian, nhân công, chi phí vừa mang lại năng suất cao mà có thể giám sát nhiều vườn rau trong cùng thời điểm thay vì chăm sóc theo kiểu truyền thống. Mô hình vườn rau IoT quy mô hộ gia đình Các mô hình vườn rau tự động cho hộ gia đình hiện tại vẫn chưa được phổ biến rộng rãi với người dùng, do chi phí đắt đỏ gấp 5 đến 10 lần so với phương pháp truyền thống và không có quá nhiều chức năng đặc biệt. Do đó, đa số người dùng vẫn sử dụng phương pháp truyền thống hơn là sử dụng ứng dụng công nghệ trong việc trồng trọt. 4 Đa phần các hệ thống tự động cho hộ gia đình hiện tại đang chỉ chú tâm về vấn đề cài đặt khoảng thời gian tưới rau và mốc thời gian tưới rau, chưa chuyên sâu về các yếu tố phát triển của rau trồng như: độ ẩm, nhiệt độ môi trường, quan sát, ….
Vì không đo được độ ẩm đất hoặc nhiệt độ môi trường nên nhiều trường hợp chủ vườn rau vắng mặt một khoảng thời gian thì vườn rau đã trong tình trạng héo hoặc ngập úng, có thể chết rau. Sau khi khảo sát và nghiên cứu, nhóm tác giả chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống IoTs giám sát vườn rau”. Nghiên cứu trên quy mô nhỏ là hộ gia đình, mong muốn giúp tạo ra một hệ thống phù hợp với đối tượng là các hộ gia đình, giúp người dùng linh hoạt hơn trong việc trồng rau tại nhà, không cần tốn quá nhiều thời gian nhưng vẫn có thể chăm sóc rau được tốt nhất, và hơn hết là mở rộng thêm các tác vụ cần thiết cho rau, không cần lo ngại về vấn đề giám sát, có thể trực tiếp chăm sóc vườn rau của chính gia đình ở mọi nơi khi cần thiết. 2: Mô hình vườn rau tự động hộ gia đình.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH IOT TRONG NÔNG NGHIỆP Các công nghệ hiện đại đã cách mạng hóa mọi lĩnh vực công nghiệp và nông nghiệp không phải là ngoại lệ. Nông nghiệp sử dụng IoT sẽ tạo ra các kỹ thuật canh tác hiệu quả hơn và chuyển đổi ngành nông nghiệp. Sự ra đời của các công nghệ hiện đại như IoT và AI đã và đang chuyển đổi một số lĩnh vực công nghiệp. Tương tự như vậy, các công nghệ tiên tiến như IoT đang cách mạng hóa ngành nông nghiệp bằng cách giới thiệu phương thức canh tác thông minh để giảm thiểu nạn đói trên toàn cầu.
Nông nghiệp sử dụng IoT có thể: Cải thiện hiệu quả năng suất rau trồng. Cho phép phân tích khí hậu và đất. Kiểm soát quần thể dịch hại để tăng cường sản xuất trang trại. 5 Hơn nữa, canh tác thông minh sử dụng IoT sẽ thúc đẩy các phương pháp canh tác bền vững sẽ cải thiện lợi nhuận cho nông dân.
Với những phát triển hơn nữa, các quy trình canh tác có thể được tự động hóa và quản lý ở mức độ cao mà các phương pháp canh tác truyền thống hiện nay không thể thực hiện được. Để xây dựng một mô hình IoT trong nông nghiệp, cần xem xét rất nhiều yếu tố tác động trực tiếp đến nông nghiệp hiện tại và đưa ra các giải pháp để cải thiện và tối ưu cho mô hình. 3: Yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển thực vật. Điều kiện khí hậu Khí hậu đóng vai trò rất lớn đối với sự phát triển và sinh trưởng của rau trồng.
Mỗi loại rau trồng sẽ thích hợp với kiểu khí hậu nhất định. Hiểu biết về kiến thức khí hậu sẽ giúp cho rau trồng phát triển tốt và cho ra năng suất cao nhất. Ngược lại, khi không có vốn kiến thức sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất rau trồng. Để có thể biết rõ các chỉ số về thời tiết, giải pháp tạo ra của IoT là đo được các yếu tố khí hậu tại thời gian thực, cập nhật liên tục tình trạng thời tiết từ các cảm biến, giúp cho người nông dân có thể ứng phó với thay đổi khí hậu.
Việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp còn giúp cải thiện tốc độ phát triển rau trồng tốt hơn so với canh tác truyển thống. Điều kiện thủy lợi Một trong những yếu tố quan trọng đến sự phát triển của rau trồng là nước, nước giúp hòa tan các khoáng chất có trong đất để đưa tới các bộ phận của rau thông qua hệ thống lông hút trong rễ rau. Nước cũng là yếu tố giúp cho quá trình trao đổi chất của thực vật được diễn ra. Các phương pháp tưới tiêu truyền thống được sử dụng như nhỏ giọt và tưới phun không đều dẫn đến rau trồng bị thiếu nước, giảm chất dinh dưỡng trong đất, gây ra 6 các bệnh vi sinh.
Vì vậy, việc sử dụng các công nghệ kỹ thuật dựa trên IoT như: các cảm biến không dây, hệ thống giám sát và các ứng dụng phần mềm thông minh để thu thập, phân tích, kiểm tra độ ẩm đất và không khí sẽ tối ưu hóa được lượng nước, ước tính chính xác nhu cầu nước của rau trồng và khả năng giữ ẩm của đất tại từng thời điểm trong năm, cải thiện hiệu quả sử dụng nước. 4: Mô hình tưới nước tự động giúp rau phát triển hiệu quả. Kỹ thuật canh tác Kỹ thuật canh tác rau trồng (đất và phân bón) cũng không thể thiếu trong quá trình sản xuất rau trồng, đây cũng chính là biện pháp giúp giảm thiếu mầm mống bệnh ảnh hưởng đến rau trồng. Kỹ thuật canh tác bao gồm: lựa chọn và cải tạo đất trồng, thời vụ rau trồng, kỹ thuật luân canh rau trồng, thời gian bón phân, mật độ rau trồng.
Phân bón ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hệ thống vườn rau. Thúc đẩy các quá trình như phân hủy, chuyển hóa các chất…. Phân bón cung cấp cho rau trồng các chất dinh dưỡng như kali, phốt pho và nitơ, giúp rau trồng phát triển lớn hơn, nhanh hơn và sản xuất nhiều lương thực hơn. Nitơ nói riêng là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của mọi sinh vật trên Trái đất.
Nitơ ở xung quanh chúng ta và chiếm khoảng 78% không khí con người hít thở. Tuy nhiên, thực vật và động vật không thể sử dụng khí nitơ trong không khí. Để phát triển, thực vật cần các hợp chất nitơ từ đất, có thể được sản xuất tự nhiên hoặc được cung cấp bởi phân bón. Tuy nhiên, việc bón quá nhiều phân bón dẫn đến việc giải phóng khí nhà kính có hại vào khí quyển và gây ra hiện tượng phú dưỡng cho các nguồn nước của chúng ta.
Vì vậy, để rau phát triển tốt, cho năng suất, chất lượng cao, chúng ta cần lưu ý đến những kỹ thuật canh tác bao gồm các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của rau. 7 Theo dõi giám sát Việc giám sát rau trồng là một trong những ưu điểm vượt bậc của IoT, con người không thể lúc nào cũng ở tại vườn rau để theo dõi được. IoT được ứng dụng cao trong việc giám sát rau trồng bao gồm các camera có thể xem được trực tuyến trên nhiều vị trí đồng thời mà không cần ở tại vườn, giúp cho việc theo dõi quá trình sinh trưởng của rau trồng một cách dễ dàng. IoT ứng dụng trong việc giám sát không chỉ theo dõi mà còn giám sát các dữ liệu của vườn rau, kết hợp với các kỹ thuật canh tác để đưa ra những giải pháp tốt nhất, phù hợp nhất với mô hình sản xuất rau trồng.
Hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường không có đủ dung lượng lưu trữ cho dữ liệu được thu thập từ các cảm biến IoT. Lưu trữ dữ liệu trên nền tảng đám mây và Nền tảng IoT đầu cuối đóng vai trò quan trọng trong hệ thống nông nghiệp thông minh. Các hệ thống này được ước tính sẽ đóng một vai trò quan trọng để có thể thực hiện các hoạt động tốt hơn. Cảm biến là nguồn thu thập dữ liệu chính trên quy mô lớn.
Dữ liệu được phân tích và chuyển đổi thành thông tin có ý nghĩa bằng các công cụ phân tích. Phân tích dữ liệu giúp phân tích điều kiện thời tiết, điều kiện mùa màng. Dữ liệu được thu thập thúc đẩy những đổi mới công nghệ và do đó đưa ra quyết định tốt hơn. Với sự trợ giúp của các thiết bị IoT, có thể biết trạng thái thời gian thực của rau trồng bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến.
Sử dụng phân tích dự đoán, đưa ra quyết định tốt hơn liên quan đến thu hoạch. Phân tích xu hướng giúp nông dân biết điều kiện thời tiết sắp tới và thu hoạch mùa màng.
