Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử thông minh đang đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày và đặc biệt là các thiết bị sử dụng công nghệ IoT. Mặc dù khái niệm Internet of Things (IoT) đã đƣợc đƣa ra từ lâu nhƣng trong những năm gần đây nó mới thực sự bùng nổ với tỉ lệ sử dụng các thiết bị IoT của ngƣời dân ngày càng tăng cao cũng nhƣ đƣợc nhiều doanh nghiệp tập trung phát triển mạnh mẽ. Các hãng sản xuất lớn thay nhau đƣa ra các thiết bị thông minh nhƣ: thiết bị gia đình, thiết bị công cộng và nhiều ý tƣởng về trồng trọt tiên tiến. liên tục đƣợc giới thiệu.
Cùng với thực trạng xã hội hiện nay thì trên thị trƣờng, thực phẩm bẩn có mặt ở khắp mọi nơi gây ảnh hƣởng một cách nghiêm trọng đến sức khoẻ con ngƣời. Nên những ngƣời tiêu dùng ngày nay muốn đƣợc biết một cách chính xác nguồn gốc thực phẩm sử dụng cũng nhƣ để bảo đảm cho gia đình mình có bữa ăn ngon và an toàn nhất. Từ việc phát triển mạnh mẽ đó trong thực tế của các thiết bị sử dụng công nghệ IoT, thực trạng xã hội và củng cố lại những kiến thức đã đƣợc học và áp dụng thực hành trong thực tế, nên chúng em đã chọn tìm hiểu về đề tài: “Vƣờn rau thông minh” để qua đó tìm hiểu kĩ hơn về IoT và nguyên lí hoạt động của các thiết bị sử dụng công nghệ này, đồng thời cũng cố thêm kĩ năng trong thiết kế các mạch điện tƣơng tự. Tính cấp thiết của đề tài Đề tài về IoT hiện nay khá phổ biến trên thế giới và có nhiều tài liệu nói về tuy nhiên với vốn kiến thức chƣa đƣợc nhiều, bƣớc đầu tiếp cận với việc điều khiển thiết bị qua IoT thì đề tài này là một bƣớc đệm để chúng em tìm hiểu, nghiên cứu và phát triển về sau này.
MụC TIÊU Đề TÀI Xây dựng và thiết kế một mô hình vƣờn rau với diện tích 1𝑚2 có thể điều khiển tƣới tiêu và biết đƣợc các thông số trong quá trình phát triển của rau qua tƣơng tác với mạng WiFi và cụ thể hơn là module WiFi – ESP8266. Các cảm biến nhƣ nhiệt độ, độ ẩm đất, mƣa đƣợc bố trí trên mô hình cũng đƣợc kết nối và truyền tín hiệu đến ngƣời sử dụng qua mạng Wifi để ngƣời sử dụng có thể theo dõi trên giao diện điện thoại hoặc trang Web. Khối xử lý trung tâm đƣợc kết nối với module Relay và các cảm biến đặt trên mô hình vƣờn rau qua đó lấy đƣợc tín hiệu của cảm biến để điều khiển việc tƣới tiêu cho rau một cách hiệu quả nhất. Ngƣời sử dụng cũng có thể bật – tắt máy bơm tƣới tiêu cho rau bằng cách truyền tải dữ liệu điều khiển của mình tới khối xử lý trung tâm qua tƣơng tác với mạng WiFi của ESP8266 và App điều khiển hoặc Web.GIớI HạN Đề TÀI Do hạn chế về khoảng cách hoạt động của module WiFi - ESP8266 ở chế độ Access Point nên chỉ có điều khiển vƣờn rau ở chế độ này trong vòng bán kính là 15m.
Hệ thống phải đảm bảo luôn đƣợc kết nối với mạng WiFi để tối ƣu trong việc điều khiển, gởi – nhận dữ liệu từ hệ thống tới App hoặc trang Web điều khiển. Mạng WiFi của hệ thống cần đƣợc cố định và tránh thay đổi sau khi thiết lập. Chƣa tối ƣu để trồng xen canh đƣợc nhiều loại rau khác nhau. Các cảm biến và phần khung giàn bị hƣ hao khi sử dụng ngoài môi trƣờng lâu ngày.
NộI DUNG NGHIÊN CứU Nội dung 1: Phƣơng hƣớng thiết kế cho vƣờn rau với diện tích 1𝑚2. Nội dung 2: Thiết kế, tính toán và lắp đặt mô hình với chi phí phù hợp. Nội dung 3: Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình vƣờn rau. Nội dung 4: Thiết kế mạng giao tiếp giữa hệ thống điều khiển và ngƣời dùng.
Nội dung 5: Thiết kế giao diện điều khiển trên App điện thoại và Web. Nội dung 6: Phát triển mô hình theo hƣớng mong muốn của ngƣời dùng thực tế. Nội dung 7: Đánh giá kết quả đạt đƣợc trên hệ thống. Bố CụC Chƣơng 1: Tổng quan.
Chƣơng này nói về vấn đề chọn đề tài, các giới hạn của đề tài, mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu cũng nhƣ bố cục của quyển báo cáo. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết liên quan. Chƣơng này nói về vấn đề nền tảng lý thuyết có liên quan tới đề tài, các quy trình trồng rau trên lý thuyết và thực tế, các mô hình trồng rau phổ biến hiện nay và các chuẩn giao tiếp đƣợc sử dụng. Chƣơng 3: Tính toán và thiết kế.
Chƣơng này nói về vấn đề vấn đề thiết kế, lựa chọn các phƣơng án sao cho phù hợp nhất với mục tiêu đề tài đƣa ra dựa vào sơ đồ khối và chức năng của từng khối. Chƣơng 4: Thi công. Chƣơng này nói về vấn đề thi công hệ thống từ phần cứng tới phần mềm dựa trên các tiêu chí lựa chọn đã đƣợc tính toán và thiết kế ở chƣơng trƣớc. 2 Chƣơng 5: Kết quả và đánh giá.
Chƣơng này nói về kết quả đã thực hiện đƣợc qua đó đánh giá, khắc phục những mặt còn hạn chế. Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển. Chƣơng này nói về kết luận chung của hệ thống sau khi khắc phục lỗi và hƣớng phát triển trong tƣơng lai của hệ thống. 3 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.
QUY TRÌNH TRồNG RAU 2. Mô tả quy trình trồng rau theo lý thuyết - Về đất trồng: Đất trồng không trực tiếp chịu ảnh hƣởng xấu của các chất thải công nghiệp, không nhiễm các hóa chất độc hại cho ngƣời và môi trƣờng. - Về phân bón: Chỉ dùng phân hữu cơ đã đƣợc ủ hoai mục, tuyệt đối không dùng các loại phân hữu cơ còn tƣơi (phân bắc, phân chuồng, phân rác .Số lƣợng phân bón dựa trên tiêu chuẩn cụ thể quy định trong quy trình của từng loại rau, đặc biệt đối với rau ăn lá phải kết thúc bón trƣớc khi thu hoạch sản phẩm 15 ngày. - Về nƣớc tƣới:Chỉ dùng nƣớc giếng khoan, nƣớc từ các sông hồ.
không bị ô nhiểm các chất độc hại. Tuyệt đối không dùng trực tiếp nƣớc thải từ công nghiệp, thành phố bệnh viện, khu dân cƣ. - Về giống: Phải chọn giống tốt để hạn chế thiệt hại của sâu bệnh. - Về ánh sáng:Cây muốn phát triển mạnh nhất thiết phải đƣa ra nơi có nhiều ánh sáng và nắng.
Mô tả quy trình trồng rau trên thực tế thực hiện - Về đất trồng: Chọn đất sạch hữu cơ Tribat vì đây là loại đất phổ biến trong những mô hình trồng rau sạch tại nhà, các nhà vƣờn và trang trại nhờ những hiệu quả mà nó mang lại. Đất trồng Tribat đƣợc làm từ mụn xơ dừa trộn chung với đất nuôi trùn đỏ. Đất nuôi trùn đỏ là hỗn hợp đất thịt và xơ dừa đƣợc biến đổi nhờ con trùn đỏ tổng hợp chất hữu cơ có trong hỗn hợp và biến đổi xơ dừa thành “đất”. Hỗn hợp đất này đƣợc loại đem trộn với mụn xơ dừa, loại bỏ nấm và các mầm bệnh khác, bổ sung thêm các nguyên tố vi lƣợng để biến thành một loại đất trồng Tribat không cần phân bón.
- Về giống: Tuỳ theo sở thích của ngƣời sử dụng mà loại rau đƣợc trồng sẽ khác nhau nhƣng phải đảm bảo là giống tốt. - Về ánh sáng: Đặt khay trồng sao cho có đủ ánh sáng cho rau phát triển. Ngoài ra nên tỉa thƣa rau và sang khay nếu mật độ quá dày đặc nhằm tạo không gian, cung cấp chất dinh dƣỡng giúp rau nhanh lớn và rút ngắn thời gian thu hoạch. - Về nƣớc tƣới: Đảm bảo nƣớc tƣới cho rau là nƣớc sạch và phân bố số lần tƣới dựa trên từng giai đoạn phát triển của cây rau cũng nhƣ là thời tiết, khí hậu nơi trồng.
Mô tả quy trình tƣới rau Tƣới nƣớc định kỳ cho cây, không để cho cây thiếu nƣớc hoặc quá úng nƣớc. Mùa nắng tƣới ngày 2 lần vào sáng sớm và chiều mát. Mùa mƣa tùy theo thời tiết mà 4 tránh tƣới nhiều nƣớc làm cây còi cọc không phát triển đƣợc. Đối với cây rau còn nhỏ khi gặp trời mƣa cần đảm bảo thoát nƣớc để tránh gây ngập úng.
Các kiểu tƣới nƣớc cho rau thƣờng gặp: a. Hệ thống tƣới nhỏ giọt Tƣới nhỏ giọt là hệ thống mà dòng nƣớc chảy ra từ đầu vòi dƣới dạng từng giọt từng giọt, thích hợp tƣới cho các loại cây trong sân vƣờn, cây cảnh, các loại rau, hoa… Hình 2.1: Hệ thống tƣới nhỏ giọt Ưu điểm: Với phƣơng pháp này sẽ tiết kiệm nƣớc và thời gian. Nhược điểm: Việc sử dụng hệ thống tự động này, ngƣời trồng lại ít chú ý đến công tác chăm sóc rau nên khả năng rau bị hƣ hại sẽ lớn. Hệ thống tƣới nƣớc bằng vòi sen phun nƣớc có áp lực Tƣới bằng vòi sen phun nƣớc áp lực là hệ thống đƣợc trang bị vòi sen phun nƣớc cho đầu vòi tƣới và tạo áp lực bằng máy bơm.2: Hệ thống tƣới nƣớc bằng vòi phun áp lực 5 Ưu điểm: Tiết kiệm chi phí cho hệ thống trồng rau có diện tích rộng.
Giúp bạn tƣới rau trên diện tích lớn, vòi sen tích hợp hệ thống điều chỉnh tia nƣớc đảm bảo rau đƣợc cung cấp đủ nƣớc. Nhược điểm: Vì có sử dụng áp lực mạnh, nên cách tƣới này dễ làm hƣ hại rau trồng, nếu nghiêm trọng có thể thối rễ, hƣ hỏng lá rau… c. Hệ thống tƣới phun mƣa Tƣới phun mƣa là hệ thống tƣới áp dụng cho vƣờn rau có diện tích lớn. Đặc trƣng của hệ thống này là lƣợng nƣớc đƣợc phun ra từ đầu vòi dƣới dạng nhƣ mƣa.
Tốc độ nhanh, cƣờng độ mạnh, nƣớc bay lan rộng.3: Hệ thống tƣới phun mƣa Ưu điểm: Không tốn công chăm sóc. Cung cấp một lƣợng nƣớc dồi dào cho vƣờn rau. Hệ thống tƣới sử dụng điện, đảm bảo nƣớc phun đều, đảm bảo rau trồng cung cấp nƣớc nhƣ nhau. Nhược điểm: Chi phí tốn kém.
Vì hệ thống phun đều, mà tùy từng loại rau và thời gian sinh trƣởng mà nhu cầu lƣợng nƣớc khác nhau. Hệ thống không đảm bảo, có thể gây hƣ thối, ngập úng thừa nƣớc cho nhƣng cây rau nhỏ. MộT Số MÔ HÌNH TRồNG RAU PHổ BIếN 2. Mô hình trồng rau theo giàn Mô hình trồng rau này rất phù hợp với những gia đình không có nhiều diện tích để trồng rau.
Những giàn trồng rau sẽ đƣợc thiết kế thành nhiều tầng tùy vào nhu cầu 6 của ngƣời sử dụng.