Bài viết trình bày thiết kế một hệ thống tưới cho vườn cây chôm chôm đơn giản và dễ sử dụng cho người nông dân với mục đích tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành nhất có thể. Arduino là vi điều khiển trung tâm được tích hợp nhiều cảm biến như: Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, mưa,... dựa trên nền tảng công nghệ Intrernet of Things (IoT).
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học HỆ THỐNG CHĂM SĨC VƯỜN CÂY CHƠM CHƠM BÁN TỰ ĐỘNG Đỗ Quốc Duy*, Mai Minh Mẫn, Huỳnh Hội Thành Lợi Trường Đại học Tơn Đức Thắng *Tác giả liên lạc: 41402002@student.tdtu.edu.vn TĨM TẮT Trong đề tài này, thiết kế hệ thống tưới cho vườn chôm chôm đơn giản dễ sử dụng cho người nông dân với mục đích tiết kiệm lượng chi phí vận hành Arduino vi điều khiển trung tâm tích hợp nhiều cảm biến như: cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, mưa, dựa tảng công nghệ Intrernet of Things (IoT) Dự án đề với mục đính giảm thiểu chi phí vận hành, giảm lượng nước thải giảm chi phí nhân cơng Hệ thống đo độ ẩm đất, liệu cần thiết truyền đến trung tâm điều khiển thông qua công nghệ truyền liệu vô tuyến Hệ thống dễ dàng điều khiển giao diện đồ họa tảng Android IOS Hơn nữa, Hệ thống sử dụng dễ dàng vườn cách điều khiển thông qua thẻ RFID bàn phím số có độ bảo mật cao giúp người lạ can thiệp vào hệ thống Các cảnh báo gửi cho người dùng thông qua App trạng thái hoạt động hệ thống các cảnh báo quan trọng mà người sừ dụng cần biết Từ khóa: Cơng nghệ IoT, nông nghiệp thông minh, truyền liệu RF A SEMI – AUTOMATION OF SMART GARDEN WATERING SYSTEM FOR THE RAMBUTAN TREE Do Quoc Duy*, Mai Minh Man, Huynh Hoi Thanh Loi Ton Duc Thang University *Corresponding Author: 41402002@student.tdtu.edu.vn ABSTRACT In our project, we design a new smart garden watering system for the rambutan tree that implements easy-to-use, energy-efficient, and cost-effective devices Arduino and Micro-controller, which are implemented in this system are integrated with multi-sensors such as moisture sensors, rain sensors, and temperature sensors base on the Internet of Things (IoT) This project managed to reduce cost, minimize wastewater, and reduce physical human interface The system also managed to measure the moisture of the soil, a sensors able to measure the data and transmit to the center based on the RF (Radio Frequency) technology It is conducted with Graphic User Interface (GUI) using Android/ IOS application to active watering activity Moreover, the system can be easily by using the manual as an RFID card or keypad, etc The alert of the system is also sent to the home user for alert purposed either for normal or critical operations An experimental setup has been tested, and it is proven that the system can intelligently control, monitor the soil moisture and water levels in the experiment field smart garden about 1000m2 in Ben Tre province Keywords: Internet of things, smart agriculture, RF (Radio Frequency) 473 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 TỔNG QUAN Việc chọn đề tài xuất phát từ thực tế mô hình trồng chơm chơm nước ta chủ yếu diện tích vừa nhỏ Tuy nhiên, yếu tố địa hình, vườn thường trồng xa nơi người nông dân, thường bị ngăn cách sơng ngịi, kênh rạch chằng chịt nên thường nhiều thời gian, cơng sức để vào vườn tưới tiêu cần thiết Mặt khác, nhóm nhận định công việc tưới/xả vườn cây, lưu lượng tưới công việc lặp lặp lại tự động hóa để tối ưu hóa quy trình sản xuất Việc theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng thời tiết vườn giúp người nơng dân chủ động định việc tưới/xả cho vườn cách hợp lý từ xa không cần phải trực tiếp vào vườn mà đảm bảo hiệu sản xuất Cách làm tiết kiệm công sức, thời gian lao động đồng thời tăng tính hiệu kinh tế tưới/xả theo lưu lượng định, tránh gây lãng phí mặt lượng (điện, nước, ) so với cách chăm sóc thủ cơng Đối tượng nghiên cứu hướng đến nghiên cứu khoa học nhóm cơng nghệ IoT Việc ứng dụng công nghệ IoT nông nghiệp, cụ thể nghiên cứu khoa học việc chăm sóc vườn chơm chơm phù hợp với xu hướng thị trường Trong bối cảnh Việt Nam chuyển đổi sang kinh tế số hội nhập với cách mạng công nghiệp 4.0 ứng dụng IoT quan trọng, đặc biệt lĩnh vực mạnh Việt Nam nơng nghiệp Việc làm mơ hình thực tế với quy mô vừa nhỏ phù hợp với thực tế trồng trọt nước ta áp dụng rộng Kỷ yếu khoa học rãi lợi ích kinh tế mà mang lại LINH KIỆN CẦN THIẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Linh kiện sử dụng Các cảm biến thu thập thông tin môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất, cảm biến mưa… Vi điều khiển Arduino, HC12 Module thu/phát wifi ESP8266, App Blynk Xây dựng sơ đồ giải thuật chương trình ứng dụng dựa vào cảm biến với vi điều khiển trung tâm Arduino trạm thu thập thơng tin mơi trường gửi qua trạm thơng qua HC12 Dữ liệu thu thập gửi lên server thông qua module ESP8266 App Blynk quản lý liệu hiển thị giao diện để người dùng quan sát điều khiển hệ thống Phương pháp nghiên cứu Quy trình nghiên cứu nhóm tiến hành sau: Kiểm tra hoạt động board mạch Arduino Thơng qua tích lũy kinh nghiệm quý báu cho việc thiết kế, lập trình hệ thống Xây dựng phần module phần cứng Dựa vào phần mềm nhóm phát triển dựa vào mục đích nghiên cứu Đánh giá tính khả thi điều chỉnh số liệu để hệ thống đạt chất lượng tối đa Xây dựng mơ hình thực tế Tiến hành chạy thử đánh giá tính hiệu mơ hình Kiểm tra, đánh giá q trình hoạt động hệ thống để giảm thiểu rủi ro đáng tiếc xảy ra, nhằm tiết kiệm mặt thời gian chi phí trước nhân rộng mơ hình thực tế 474 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Hình Sơ đồ giải thuật tổng thể hệ thống so sánh với phương pháp thủ Phân tích thống kê số liệu Các kết thực nghiệm phân cơng truyền thống thơng thường Kết tích việc thu thập số liệu thực phân tích cụ thể sau (trong tế trình vận hành hệ thống vòng tháng thực nghiệm) Bảng Thống kê lượng tiêu thụ hai phương pháp Phương pháp truyền Phương pháp nhóm thống nghiên cứu, chế tạo Lượng nước tiêu thụ 960 m3 390 m3 Lượng điện tiêu thụ 37.5 kW 11.25 kW KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết Sau thời gian nghiên cứu thiết kế, nhóm tạo mơ hình tưới chơm chơm tự động lắp đặt vào sử dụng thực tế có diện tích 1000m2 thực vườn Mai Văn Tiếp, xã Vĩnh Bình, huyện Chợ Lách, tỉnh Bến Tre Hệ thống đáp ứng yêu cầu sau: Thực việc tưới theo nhiều cách khác nhau: Tự động/ bán tự động/ thủ công từ xa vườn Thu thập thông số môi trường cần thiết nhiệt độ, độ ẩm từ có điều chỉnh phù hợp với phát triển Giám sát, điều khiển hệ thống qua App điện thoại Thảo luận Các kết phù hợp với yêu cầu đặt ban đầu Các kết về: Kỹ thuật: Xây dựng hệ thống hồn chỉnh diện tích đất phù hợp với quy mô ban đầu đặt thông qua thiết bị (máy bơm, hệ thống ống nước, tủ điện ) Sử dụng điện lưới có điện áp xoay chiều 220V tần số 50Hz để điều khiển đồng thời thu thập thông tin môi trường nơi lắp đặt hệ thống đưa lên App giúp người sử dụng dễ dàng giám sát vườn Kết góp phần ứng dụng vào nông nghiệp đại, phục vụ cho nhu cầu người sử dụng Thực tiễn: Sản phẩm giúp giảm công sức, thời gian lao động cho người trồng đồng thời mang lại hiệu kinh tế vượt trội Có thể áp dụng rộng rãi đưa vào sử dụng thực tế nhiều 475 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 địa phương với điều kiện địa hình, thổ nhưỡng loại trồng khác Hệ thống giúp việc tưới tiêu người nông dân trở nên dễ dàng, thuận tiện, nhanh chóng, hiệu KẾT LUẬN Ưu điểm Mơ hình vườn chơm chơm ứng dụng cơng nghệ IoT nhóm nghiên cứu, phát triển tiến hành lắp đặt thực tế có ưu điểm định so với hệ thống có sẵn thị trường sau: Ứng dụng công nghệ IoT vào sản xuất nông nghiệp công nghệ cao, phù hợp với mơ hình nơng nghiệp 4.0 mà nước ta hướng đến Cho phép người dùng điều khiển, giám sát từ xa thông qua App di động Tận dụng sở hạ tầng sẵn có giúp giảm giá thành sản phẩm, tăng ưu cạnh tranh so với hệ thống khác hiệu mà đạt Tiết kiệm thời gian lao động, giảm công sức lao động người nông dân mà đem lại hiệu cao Thu thập thông tin môi trường, giúp người dùng chủ động thay đổi phù hợp với mục đích sản xuất Nhược điểm Ngồi ưu điểm kể trên, mơ hình tồn nhược điểm cần khắc phục để ứng dụng rộng rãi sản xuất, cụ thể là: Chi phí lắp đặt lúc đầu tương đối cao so với hệ thống có sẵn thị trường phải lắp đặt thêm hệ thống cảm biến, vi điều khiển Quy trình lắp đặt tương đối phức tạp, đòi hỏi người lắp đặt có kiến thức định kỹ thuật Cịn hạn chế sở hạ tầng địa phương vùng sâu vùng xa, chưa phủ sóng mạng di động Khuyến nghị Để khắc phục nhược điểm Kỷ yếu khoa học ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp cách rộng rãi, cần có nhìn đầu tư cách đắn so với hiệu kinh tế mà mang lại Nhóm đề xuất việc đề số tiêu chí nơng nghiệp ứng dụng cơng nghệ cao sau: Tiêu chí kỹ thuật: Là có trình độ cơng nghệ tiên tiến để tạo sản phẩm có suất tăng 30% chất lượng vượt trội so với công nghệ sử dụng Tiêu chí kinh tế: Là sản phẩm ứng dụng cơng nghệ cao có hiệu kinh tế cao 30% so với cơng nghệ sử dụng, ngồi cịn có tiêu chí xã hội, môi trường khác kèm Nếu doanh nghiệp nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, phải tạo sản phẩm tốt, suất hiệu tăng gấp lần Hướng phát triển Sử dụng công nghệ khác tân tiến hơn, ứng dụng diện tích canh tác lớn phù hợp với mục đích chuyên canh nơng nghiệp Việc đưa tiêu chí nơng nghiệp đại vào sản xuất giúp người thấy hiệu kinh tế mơ hình so với chi phí đầu tư ban đầu bỏ Mơ hình chăm sóc vườn chơm chơm bán tự động nhóm nghiên cứu áp dụng cho nhiều loại ăn trái lâu năm khác như: nhãn, sầu riêng, cam, phát triển thành hệ thống tưới phun sương, nhỏ giọt phù hợp cho lại rau màu ngắn ngày Hệ thống thay đổi cảm biến phương pháp điều khiển phù hợp để áp dụng nhiều địa phương với điều kiện mơi trường, địa hình, thổ nhưỡng khác Để phát triển hệ thống lớn đáp ứng cho vườn với quy mô lớn hệ thống cần lắp đặt thêm nhiều trạm thu thập liệu cảm biến nhiều 476 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 vị trí khác để có độ xác cao Sử dụng van nước điện từ để điều khiển tưới với mơ hình canh tác lớn nhằm giảm chi phí lắp đặt vận hành nhiều máy bơm Với mơ hình có nhiều vườn vị trí khác ta quản lý cách thuận tiện, dễ dàng cách tạo board mạch trung tâm kết nối với nhiều Kỷ yếu khoa học vườn thông qua RF tầm xa LORA để theo dõi cảm biến điều khiển nhiều vườn thông qua internet với App Tham gia gửi kết nghiên cứu đến tạp chí quốc tế lĩnh vực nơng nghiệp thơng minh, tạp chí Sensor nhà xuất MPDI, Thụy Sỹ (https://www.mpdi.com) TÀI LIỆU THAM KHẢO HTTP://ARDUINO.VN/ HTTP://HSHOP.VN/ HTTPS://BLYNK.COM/ HTTP://MLAB.VN/ HTTP://WWW.HSPACE.VN/ 477 ... cách khác nhau: Tự động/ bán tự động/ thủ công từ xa vườn Thu thập thông số môi trường cần thiết nhiệt độ, độ ẩm từ có điều chỉnh phù hợp với phát triển Giám sát, điều khiển hệ thống qua App điện... đầu tư ban đầu bỏ Mơ hình chăm sóc vườn chơm chơm bán tự động nhóm nghiên cứu áp dụng cho nhiều loại ăn trái lâu năm khác như: nhãn, sầu riêng, cam, phát triển thành hệ thống tưới phun sương, nhỏ... so với cách chăm sóc thủ cơng Đối tượng nghiên cứu hướng đến nghiên cứu khoa học nhóm cơng nghệ IoT Việc ứng dụng công nghệ IoT nông nghiệp, cụ thể nghiên cứu khoa học việc chăm sóc vườn chơm chơm