Đồ án Mô hình hệ thống trồng rau tự động

ỘI CHỦ NGHĨA KHOA CNKT - NNCNC VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ tên sinh viên 1: Lê Công Thành Ngày sinh: 06/03/1998 MSSV: 16031542 Email: Lecongthanh0587807475@gmail.com Họ tên sinh viên 2: Ngô Minh Quyền Ngày sinh: 26/02/1998 MSSV: 16031472 Email: Minhquyen262@gmail.com Lớp : DH16TD Chuyên ngành : Điều Khiển Và Tự Động Hóa Hệ đào tạo : Đại Học Chính Quy I. Tên đề tài: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG II. Giảng viên hướng dẫn: Ths. Lưu Hoàng III. Ngày giao đề tài: 12/2019 IV. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 05/2020 Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Trưởng bộ môn Trưởng khoa (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT (Của giáo viên hướng dẫn) • Thái độ, tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện: • Kiến thức chuyên môn: • Hình thức, bố cục trình bày: .... • Nội dung, kết quả: • Nhận xét khác: Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) 3 NHẬN XÉT (Của giáo viên phản biện) • Thái độ, tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện: • Kiến thức chuyên môn: • Hình thức, bố cục trình bày: .... • Nội dung, kết quả: • Nhận xét khác: Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) 4 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lưu Hoàng - Giảng viên bộ môn Điện - Điện Tử, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, giảng giải cho chúng em trong lựa chọn đề tài cũng như trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng đã xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự hỗ trợ và góp ý của Thầy nên nhóm đã hoàn thành được đồ án. Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, Tp. Vũng Tàu, em đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ Thầy Cô và bạn bè. Cảm ơn Hiệu Trưởng, cùng các quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã hỗ trợ tận tình về trang thiết bị, phần mềm, cơ sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, những người đã truyền lại cho em rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý báu, những sự giúp đỡ ấy đã tiếp thêm động lực cho em vững bước trên con đường mình đã chọn. Và đặc biệt là Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cũng như tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm em hoàn thành đề tài. Xin cảm ơn các bạn cùng khóa, cùng khoa đã động viên, khích lệ, ủng hộ về nhiều mặt góp phần làm nên thành công của đồ án này. Cảm ơn Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu! Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Lê Công Thành Ngô Minh Quyền 5 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, khoa học Công nghệ ngày càng đạt được những thành tựu to lớn, kéo theo đó là sự phát triển vượt bậc trong các ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ thuật. Đối với một nước mà nền nông nghiệp còn chiếm vai trò to lớn trong nền kinh tế thì việc ứng dụng khoa học Công nghệ là điều cấp thiết và cần được mở rộng. Nhằm giải quyết vấn đề này, nhờ sự giúp sức của tiến bộ về khoa học kỹ thuật, các hệ thống giám sát, xử lý, cung ứng quá trình sản xuất.... ngày càng hiện đại đã được đưa vào nông nghiệp và đặc biệt là các ứng dụng của Công nghệ IOT đã 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. Với mong muốn nghiên cứu và tạo ra một hệ thống giám sát nông nghiệp tiện ích sử dụng Công nghệ IOT, để góp phần đáp ứng nhu cầu trên và đóng góp thêm giải pháp phát triển, nhóm quyết định chọn đề tài: “MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG”. 6 TÓM TẮT ĐỂ TÀI Phương pháp thực hiện là dùng ESP32 xây dựng thành một khối điều khiển trung tâm, dùng các module cảm biến: độ ẩm đất, nhiệt độ và độ ẩm không khí thu thập dữ liệu từ môi trường canh tác gửi về ESP32, từ đó so sánh với thông số đã cài đặt trước ESP32 sẽ điều khiển các thiết bị ngoại vi: máy bơm nước, van điện. Bên cạnh đó ESP32 sẽ gửi dữ liệu lên ứng dụng Android điều khiển phạm vi gần và Web thông qua ESP32 để điều khiển hệ thống từ xa. Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu phương thức giao tiếp giữa ESP32 với các cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí. Mô hình nhỏ gọn, bố trí linh kiện hợp lí, dễ quan sát, sử dụng, đảm bảo tính an toàn và thẩm mỹ. Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của nhóm còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Nhóm em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài. 7 MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined. I. Tên đề tài: MÔ HÌNH TRỒNG CÂY TỰ ĐỘNGError! Bookmark not defined. II. Giảng viên hướng dẫn: Ths. Lưu HoàngError! Bookmark not defined. III. Ngày giao đề tài: 12/2019 .................. Error! Bookmark not defined. IV. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 05/2020 ............ Error! Bookmark not defined. NHẬN XÉT .......................................................... Error! Bookmark not defined. (Của giáo viên hướng dẫn) .................................. Error! Bookmark not defined. NHẬN XÉT .......................................................... Error! Bookmark not defined. (Của giáo viên phản biện) .................................... Error! Bookmark not defined. LỜI CẢM ƠN ........................................................ Error! Bookmark not defined. LỜI MỞ ĐẦU ...................................................... Error! Bookmark not defined. TÓM TẮT ĐỂ TÀI .............................................. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................... Error! Bookmark not defined. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................. Error! Bookmark not defined. 2. MỤC TIÊU .................................................. Error! Bookmark not defined. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................... Error! Bookmark not defined. 4. GIỚI HẠN ................................................... Error! Bookmark not defined. 5. BỐ CỤC ....................................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................... Error! Bookmark not defined. 1. ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined. 2. CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐIError! Bookmark not defined. 3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ..................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......... Error! Bookmark not defined. 1. GIỚI THIỆU ............................................... Error! Bookmark not defined. 2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! Bookmark not defined. CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ................ Error! Bookmark not defined. 1. GIỚI THIỆU ............................................... Error! Bookmark not defined. 1 2. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ....... Error! Bookmark not defined. 1. KẾT QUẢ .................................................... Error! Bookmark not defined. 2. NHẬN XÉT ................................................. Error! Bookmark not defined. 3. ĐÁNH GIÁ .................................................. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..... Error! Bookmark not defined. 1. KẾT LUẬN ................................................. Error! Bookmark not defined. 2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................. Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................... Error! Bookmark not defined. 2 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp ......................................... 9 Hình 2. Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT ............................................ 11 Hình 3. Ứng dụng Iot ............................................................................................. 11 Hình 4. Mô hình tưới rau Iot ................................................................................. 12 Hình 5. Hình ảnh minh họa ................................................................................... 14 Hình 6. Logo Wifi .................................................................................................. 15 Hình 7. Module ESP 32 ......................................................................................... 24 Hình 8. Bộ Nguồn .................................................................................................. 25 Hình 9. Mạch 8 Relay Opto cách ly 5VDC. .......................................................... 26 Hình 10. Cảm biến lưu lượng ................................................................................ 27 Hình 11. Cảm biến lưu lượng nước DN20 ............................................................ 28 Hình 12. Van điện từ ............................................................................................. 29 Hình 13. Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 ......................................... 30 Hình 14. Module cảm biến độ ẩm đất ................................................................... 31 Hình 15. Sơ đồ khối hệ thống. ............................................................................... 32 Hình 16. Nguyên lý hoạt động ............................................................................... 35 Hình 17. Hình ảnh mô phỏng (Hệ thống phun nước) ............................................ 36 Hình 18. Hình ảnh mô phỏng (Hệ thống phun nước) ............................................ 37 Hình 19. Hệ thống phun nước ............................................................................... 37 Hình 20. Hộp chứa nước ........................................................................................ 38 Hình 21. Hộp chứa nước ........................................................................................ 38 Hình 22. Kết nối với thiết bị điện .......................................................................... 39 Hình 23. Tổng quan mô hình từ trên ..................................................................... 39 Hình 24. Tổng quan mô hình từ sau ...................................................................... 40 Hình 25. Tổng quan mô hình từ trước ................................................................... 40 Hình 26. Tổng quan mô hình bên cạnh ................................................................. 41 Hình 27. Tổng quan mô hình ................................................................................. 41 Hình 28. Tổng quan mô hình ................................................................................. 42 3 Hình 29. Tổng quan mô hình hoàn thiện và kết nối với ap ................................... 42 Hình 30. Kết nối đường ống dẫn nước .................................................................. 43 Hình 31. Đầu phun nước........................................................................................ 43 Hình 32. Thùng chứa phân .................................................................................... 44 Hình 33. Van một chiều, van điện từ và van nước ................................................ 44 Hình 34. Cảm biến lưu lượng ................................................................................ 45 Hình 35. Hộp đựng thiết bị điện (nguồn, chip, relay) ........................................... 45 Hình 36. Motor bơm nước ..................................................................................... 46 Hình 37. Lắp đặt .................................................................................................... 46 Hình 38. Kết nối với bơm phân ............................................................................. 47 Hình 39. Tổng quan mô hình ................................................................................. 48 Hình 40. Tổng quan mô hình ................................................................................. 49 Hình 41. Đi dây, kết nối các thiết bị điện. ............................................................. 51 Hình 42. Mô hình hoạt động .................................................................................. 52 Hình 43. Mô hình hoạt động .................................................................................. 52 Hình 44. Mô hình hoạt động .................................................................................. 53 Hình 45. Mô hình hoạt động .................................................................................. 54 Hình 46. Mô hình hoạt động khi kết nối với app .................................................. 54 Hình 47. Mô hình hoạt động .................................................................................. 55 Hình 48. Cài đặt Arduino IDE ............................................................................... 56 Hình 49. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 57 Hình 50. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 57 Hình 51. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 58 Hình 52. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 59 Hình 53. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 59 Hình 54. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 60 Hình 55. Các bước cài đặt phần mền Arduino ...................................................... 60 Hình 56. Giao diện của ứng dụng ở trạng thái tự động (trái) ................................ 79 Hình 57. Giao diện cài đặt ..................................................................................... 80 4 Hình 58. Giao diện theo dõi hằng ngày ................................................................. 81 Hình 59. Cài đặt quy trình tưới nước tưới phân cho rau. ...................................... 82 Hình 60. Giao diện cài đặt quy trình ..................................................................... 82 Hình 61. Giao diện bắt đầu quy trình. ................................................................... 83 Hình 62. Giao diện cài đặt kết nối wifi ................................................................. 84 Hình 63. Giao diện cài đặt API .............................................................................. 85 Hình 64. Giao diện theo dõi quy trình ................................................................... 86 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nông nghiệp luôn là vấn đề trọng yếu của mỗi quốc gia trong việc bảo đảm an ninh lương thực, nó là một trong hai ngành sản xuất vật chất quan trọng của nền kinh tế. Là khu vực sản xuất chủ yếu, đảm bảo đời sống cho xã hội, là thị trường rộng lớn cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm của nền kinh tế và tích lũy cho công nghiệp. Việt Nam hiện nay vẫn còn là một nước sản xuất chủ yếu về nông nghiệp với trên 66,9% dân số cả nước tập trung sống ở vùng nông thôn, lao động nông nghiệp chiếm tới 42% lao động trong toàn xã hội. Ngày nay, nước ta đang hướng tới xây dựng một nền công nghiệp phát triển, điều đó mang lại nhiều lợi ích cho đất nước nhưng cũng kèm theo nhiều hệ lụy, đặc biệt là ô nhiễm môi trường, một trong những mảng chịu thiệt hại rất lớn từ vấn đề trên chính là ngành nông nghiệp. Bên cạnh đó, trong nhiều năm qua, sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn do các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng diễn biến phức tạp do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, làm ảnh hưởng to lớn đến năng suất cũng như chất lượng các sản phẩm từ nông nghiệp. Cùng với đó, việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp, dịch vu, đã làm giảm đáng kể nhân lực trong nông nghiệp, và theo nhiều dự báo số lượng này sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới, điều này đưa tới những bài toán cho việc giải quyết vấn đề nhân lực trong các ngành nông nghiệp. Chính vì vậy, việc tìm kiếm những giải pháp mới để ổn định và nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất thu hoạch trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà nước trong những năm qua. Do đó, những ứng dụng Công nghệ được đưa vào trong việc chăm sóc, thu hoạch trong nông nghiệp để khắc phục vấn đề thiên tai, môi trường, cũng như tiết kiệm nhân lực, đồng thời gia tăng năng suất cây trồng, đơn giản hóa việc quản lý. 6 Một trong những ứng dụng Công nghệ nổi bật được đưa vào trong nông nghiệp trong những năm gần đây là Internet of thing ( viết tắt là IOT) đã và đang đem lại nhiều kết quả thành Công, dần dần được áp dụng và phổ biến trên nhiều diện tích canh tác nông nghiệp, vì vậy chúng em chọn đề tài “ MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG ” nhằm có hiểu biết thêm về tác động của Công nghệ tới khả năng phát triển của cây trồng, cũng như quản lý của người điều khiển, bên cạnh đó là nghiên cứu thêm về các ứng dụng Công nghệ điện tử được đưa vào. 2. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài là xây dựng được một hệ thống IoT trong nông nghiệp có khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm (thông qua các cảm biến), ổn định điều kiện môi trường (thông qua bơm nước). Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát - điều khiển trên một trang web và một ứng dụng trên smartphone. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • NỘI DUNG 1: Thiết kế phần cài đặt loại cây trồng trên website. Cập nhật các thông số giới hạn để có thể điều khiển hệ thống ở hai chế độ: tự động và bằng tay. • NỘI DUNG 2: Thiết kế - thi Công mạch điều khiển. • NỘI DUNG 3: Thiết kế - thi Công mô hình trồng rau trong nông nghiệp. • NỘI DUNG 4: Nhận xét - đánh giá kết quả thực hiện. Hoàn thiện mô hình. • NỘI DUNG 5: Hoàn thành luận văn. 4. GIỚI HẠN Đề tài MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG gồm: • Kích thước của mô hình thi công: dài 120cm, cao 15cm, rộng 60cm. • Sử dụng 2 module cảm biến: module cảm biện độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí để truyền dữ liệu môi trường của đối tượng canh tác vào bộ điều khiển trung tâm. • Một ESP32 đóng vai trò làm bộ điều khiển trung tâm. 7 5. BỐ CỤC • Chương 1: Tổng Quan. Trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Trình bày các lý thuyết liên quan đến vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán. Trình bày tổng quan các yêu cầu của để tài về thiết kế và các tính toán hệ thống bao gồm sơ đồ nguyên lý toàn mạch và của từng phần của hệ thống. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống. Trình bày kết quả thi công phần cứng và kết quả hình ảnh trên màn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê. • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài bao gồm thời gian nghiên cứu, kết quả đạt được, nhận xét, đánh giá về đề tài và tính ứng dụng của đề tài trong thực tiễn. • Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển. Trình bày kết quả đạt được so với mục tiêu đề ra ban đầu, nhận xét và đánh giá kết quả đạt được của đề tài nghiên cứu. Hướng phát triển của đề tài sau này trong quá trình nghiên cứu. 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP 1.1. 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. Hình 1. Minh họa về ứng dụng IOT trong nông nghiệp 1.2. 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). 9 • 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. Gateways có thể là một thiết bị vật lý hoặc là một phần mềm được dùng để kết nối giữa Cloud (điện toán đám mây) và bộ điều khiển, các cảm biến, các thiết bị thông minh. • Hạ tầng mạng (Internet): Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ. • Lớp dịch vụ (Service): Là các ứng dụng được các hãng Công nghệ, hoặc thậm chí người dùng tạo ra để dễ dàng sử dụng các sản phẩm IOT một cách hiệu quả và tận dụng được hết giá trị của sản phẩm. 10 Hình 2. Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IOT 1.3. Ứng dụng IoT trong nông nghiệp Hình 3. Ứng dụng Iot − IoT trong nông nghiệp là nền tảng của Nông nghiệp Thông minh. Nó sẽ giúp nâng cao chất lượng, bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm và nâng cao giá trị hàng nông phẩm. Nông nghiệp thông minh là gì? Nông nghiệp thông minh là một thuật ngữ rộng thu thập các hoạt động sản xuất thực phẩm và nông nghiệp có ứng dụng công nghệ 4.0, bao gồm: IoT, Big Data và công nghệ phân tích tiên tiến. 11 Ứng dụng quan trọng nhất trong nông nghiệp thông minh là Phân tích dữ liệu, trực quan hóa và hệ thống hóa quản lý. Việc phân tích dữ liệu cảm biến sẽ thúc đẩy tính minh bạch trong các quy trình nông nghiệp, vì nông dân có được những hiểu biết quý giá về hiệu suất của cánh đồng, nhà kính, v.v. Không chỉ dừng lại ở đó, ở mô hình nông nghiệp thông minh, người nông dân còn có thể tham khảo tư vấn của hệ thống AI, được xây dựng trên nền tảng kiến thức của các nhà khoa học. Các ứng dụng IoT phổ biến khác trong nông nghiệp thông minh có thể kể đến như: • Các hệ thống dựa trên cảm biến để giám sát cây trồng, đất, đồng ruộng, chăn nuôi, kho chứa, hoặc bất kỳ yếu tố quan trọng nào ảnh hưởng đến sản xuất. • Xe nông nghiệp thông minh, máy bay không người lái, robot tự động và thiết bị truyền động. • Không gian sản xuất nông nghiệp kết nối như nhà kính thông minh hoặc thủy canh. Hình 4. Mô hình tưới rau Iot − Lợi ích của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp Giống như trong các ngành công nghiệp khác, ứng dụng IoT trong nông nghiệp hứa hẹn hiệu quả trước đây không có, giảm tài nguyên và chi phí, tự động hóa dựa trên phân tích dữ liệu, và tối ưu hóa quy trình. Tuy nhiên, riêng đối với ngành nông nghiệp, vai trò của IoT là vô cùng quan trọng. Nó sẽ mang tới các giải pháp 12 bước ngoặt, giải quyết những vấn đề cấp bách liên quan tới sự sinh tồn và phát triển của loài người. • Hiệu quả vượt trội: Ngày nay, ngành nông nghiệp là một cuộc đua. Nông dân bị thúc ép phải trồng nhiều sản phẩm hơn trong khi chất lượng đất ngày một tệ hơn, diện tích ngày một giảm và biến động thời tiết ngày một phức tạp. IoT trong nông nghiệp sẽ cho phép nông dân theo dõi sản phẩm và điều kiện của họ trong thời gian thực. Họ nhận được thông tin chi tiết nhanh, có thể dự đoán các vấn đề trước khi chúng xảy ra và đưa ra quyết định sáng suốt về cách phòng tránh chúng. Ngoài ra, các giải pháp IoT trong nông nghiệp cũng cho phép thực hiện quy trình sản xuất tự động. Ví dụ: tưới tiêu, bón phân dựa trên nhu cầu và robot thu hoạch tự động. • Phủ sóng nông nghiệp: Vào thời điểm dân số thế giới chạm ngưỡng 9 tỷ người, 70% trong số đó sẽ sống ở khu vực thành thị. Nhà kính và hệ thống thủy canh dựa trên IoT đặt trong lòng thành phố sẽ là cứu cánh, cung cấp nguồn thực phẩm như trái cây và rau tươi ngắn hạn cho công dân thành thị... Các hệ thống nông nghiệp chu trình khép kín thông minh cho phép người ta cơ bản là trồng được thực phẩm ở khắp mọi nơi, trong các siêu thị, trên các tòa nhà chọc trời, tường và mái nhà, trong các container vận chuyển và, tất nhiên, trong chính gia đình mình. • Giảm tài nguyên: Rất nhiều giải pháp IoT trong nông nghiệp được tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, như: Nước, năng lượng, đất đai. Canh tác chính xác bằng cách sử dụng IoT dựa trên dữ liệu được thu thập từ các cảm biến khác nhau sẽ giúp nông dân phân bổ chính xác để sử dụng vừa đủ tài nguyên cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển nông sản. • Quy trình sạch hơn: Điều tương tự cũng liên quan đến thuốc trừ sâu và phân bón. Các hệ thống dựa trên IoT để canh tác chính xác giúp các nhà sản xuất tiết kiệm nước và năng lượng, không chỉ làm cho nông nghiệp xanh hơn, mà còn giảm đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón. Cách tiếp cận này cho phép có được một sản phẩm cuối cùng sạch hơn và hữu cơ hơn so với các phương pháp nông nghiệp truyền thống. • Nhanh chóng: Một trong những lợi ích của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp là cải tiến tốc độ của các quy trình. Nhờ hệ thống giám sát và dự đoán thời gian thực, nông dân có thể nhanh chóng phản ứng với mọi thay đổi đáng kể về thời 13 tiết, độ ẩm, chất lượng không khí cũng như sức khỏe của từng loại cây trồng hoặc đất trên đồng ruộng. Đặc biệt, trong điều kiện thời tiết thay đổi thất thường hoặc khắc nghiệt, việc ứng dụng IoT trong nông nghiệp sẽ có thể giúp người nông dân thời đại mới cứu lấy mùa màng. • Cải thiện chất lượng nông sản: Nông nghiệp dựa trên nền tảng công nghệ sẽ cho ra đời các sản phẩm tốt hơn. Bằng việc sử dụng cảm biến đất và cây trồng, giám sát bằng máy bay không người lái (drone) trên không và lập bản đồ trang trại, nông dân có thể hiểu rõ hơn sự phụ thuộc chi tiết giữa các điều kiện và chất lượng của cây trồng. Sử dụng các hệ thống được kết nối, họ có thể tạo lại các điều kiện tốt nhất và tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. − Kết luận Thị trường sẽ hình thành và sụp đổ, các mô hình kinh doanh đột phá sẽ xuất hiện hoặc thoái trào, nhưng nhu cầu lương thực của loài người sẽ không bao giờ giảm. Vì lý do này, sự phát triển của các lĩnh vực như thực phẩm và nông nghiệp sẽ luôn được chú trọng, đặc biệt là với các động lực chúng ta quan sát trên thế giới ngày nay. Do đó, ứng dụng IoT trong nông nghiệp hứa hẹn một tương lai đầy tươi sáng. Hình 5. Hình ảnh minh họa 14 2. CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐI 2.1. GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG WIFI Wifi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, cũng giống như điện thoại di đông, truyền hình và radio. Kết nôi Wifi thường là sự lựa chọn hàng đầu của rất nhiều kỹ sư giải pháp bởi tính thông dụng và kinh tế của hệ thống wifi và mạng LAN với mô hình kết nối trong một phạm vi địa lý có giới hạn. Hình 6. Logo Wifi 15 Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ: Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn. Hiện nay, đa số các thiết bị wifi đều tuân theo chuẩn 802.11n, được phát ở tần số 2.4Ghz và đạt tốc độ xử lý tối đa 300Megabit/giây Hệ thống này đã hoạt động ở sân bay, quán café, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 6 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g/n/ac/ad. − Hoạt động Máy tính xách tay cắm thêm thẻ adapter ở cổng PC card đang liên lạc với router có hai ăng-ten nằm đằng sau. Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều. Cụ thể: Thiết bị adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng một ăng-ten. 16 Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng. Nó gởi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet. Quy trình này vẫn ho