HỌC VIỆN NGÂN HÀNG KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG TÊN ĐỀ TÀI Ứng dụng IOT trong Nông Nghiệp(mô hình trồng cây dưa lưới trong nhà kính) Nhóm thực hiện 10 Giảng viên hướng dẫn LÊ VĂN HÙNG Hà Nội, năm 2022 THÀNH VIÊN NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MÃ SINH VIÊN 1 DÙNG DUY MẠNH 22A4040191 2 PHẠM TRUNG HIẾU 22A4040180 3 TRẦN XUÂN CHÍNH 22A4040071 4 ĐINH KHÁNH VINH 22A4040130 5 NGUYỄN NGỌC HƯNG 22A4040013 6 PHẠM BÁ VIỆT ANH 22A4040140 MỤC LỤC Chương 1 Tổng quan về IOT 1 1 Khái niệm IOT 1 2 Sự.
Tổng quan về IOT
Khái niệm IOT
Trong kỷ nguyên công nghệ số, nhiều tổ chức và doanh nghiệp đang tích cực ứng dụng IoT để nâng cao hiệu quả hoạt động, hiểu rõ hơn về khách hàng và sản phẩm Việc này không chỉ giúp cải thiện quy trình ra quyết định mà còn gia tăng giá trị doanh nghiệp và lợi nhuận.
Internet of Things (IoT) đã tồn tại từ nhiều thập kỷ trước, nhưng thuật ngữ này chỉ được Kevin Ashton đưa ra vào năm 1999 Ashton, một nhà khoa học và người sáng lập Trung tâm Auto-ID tại MIT, đã đóng góp vào việc thiết lập các tiêu chuẩn toàn cầu cho công nghệ RFID và nhiều loại cảm biến khác.
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) là một hệ thống trong đó mỗi đồ vật và con người đều có định danh riêng, cho phép truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp IoT đã phát triển từ sự kết hợp của công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet, tạo thành một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể Kết nối có thể được thực hiện qua các phương thức như Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G) và Bluetooth.
ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác.
Sự hình thành và phát triển của IOT
Ý tưởng tích hợp cảm biến và trí thông minh vào các vật dụng thông thường đã được bàn luận từ những năm 1980 và 1990 Tuy nhiên, tiến độ thực hiện dự án này diễn ra chậm do công nghệ chưa phát triển đủ, với các chip quá lớn và cồng kềnh, cùng với việc thiếu phương thức giao tiếp hiệu quả giữa các đối tượng.
Để kết nối hàng tỷ thiết bị khác, cần có các bộ xử lý giá rẻ và tiết kiệm điện Việc áp dụng RFID, những chip năng lượng thấp có khả năng giao tiếp không dây, đã giúp giải quyết một số vấn đề này Kết hợp với sự phát triển của Internet băng thông rộng và mạng di động, thế giới hiện có đủ địa chỉ IP cho mọi thiết bị, đặc biệt với sự ra đời của IPv6 Đây là những bước quan trọng để mở rộng quy mô của IoT.
Kevin Ashton đã giới thiệu cụm từ "Internet of Things" vào năm 1999, nhưng phải đến hơn một thập kỷ sau, công nghệ này mới đạt được quy mô như kỳ vọng.
Việc tích hợp chip RFID vào các thiết bị giá trị cao để theo dõi vị trí là một trong những ứng dụng đầu tiên của IoT Chi phí cho cảm biến và kết nối Internet đã giảm đáng kể theo thời gian Các chuyên gia dự đoán rằng trong tương lai, chi phí cho chức năng này có thể chỉ còn 0,1 USD, mở ra khả năng mọi vật đều có thể kết nối với Internet.
Ban đầu, IoT chủ yếu phục vụ cho lĩnh vực kinh doanh và sản xuất thông qua ứng dụng Machine to Machine (M2M) Hiện nay, IoT đã mở rộng phạm vi, tập trung vào việc tích hợp Internet vào mọi khía cạnh cuộc sống thông qua các thiết bị thông minh.
Cơ sở kỹ thuật của IOT
Trong IoT, các thiết bị cần giao tiếp với nhau (D2D) để thu thập và gửi dữ liệu tới máy chủ (D2S) Máy chủ cũng chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị (S2S), cho phép phân tích chương trình và cung cấp thông tin cho người dùng Các giao thức sử dụng trong IoT rất đa dạng.
+ Một giao thức cho việc thu thập dữ liệu và giao tiếp cho các máy chủ (D2S)
MQTT (Message Queue Telemetry Transport) là giao thức được thiết kế để thu thập dữ liệu và giao tiếp D2S, với mục tiêu chính là đo đạc và giám sát từ xa Giao thức này cho phép thu thập dữ liệu hiệu quả từ nhiều thiết bị khác nhau, hỗ trợ việc quản lý và theo dõi thông tin từ xa một cách dễ dàng.
MQTT là giao thức truyền thông được thiết kế để vận chuyển dữ liệu đến máy trạm một cách hiệu quả, giảm thiểu xung đột Nó đặc biệt phù hợp cho các mạng lớn gồm nhiều thiết bị nhỏ, giúp theo dõi và kiểm soát chúng từ xa qua đám mây.
+ Các giao thức hoạt động trên nền tảng TCP, cung cấp các đáp ứng đơn giản, đáng tin cậy
Giao thức tối ưu để kết nối thiết bị với con người là một trường hợp đặc biệt của mô hình D2S, trong đó người dùng được kết nối trực tiếp với các máy chủ.
XMPP, ban đầu được biết đến với tên gọi "Jabber," là giao thức được phát triển nhằm hỗ trợ tin nhắn tức thời (IM) và kết nối người dùng thông qua tin nhắn văn bản Tên đầy đủ của XMPP là Giao thức Nhắn tin Mở rộng và Hiện diện.
XMPP sử dụng định dạng văn bản XML và hoạt động trên nền tảng TCP hoặc qua HTTP trên TCP, tương tự như MQTT Điểm mạnh của XMPP nằm ở khả năng định danh thông qua địa chỉ name@domain.com trong mạng Internet rộng lớn.
Cấu trúc của một hệ thống IOT
Hệ thống Internet of things có 4 thành phần đó là thiết bị, trạm kết nối, hạ tầng mạng và bộ phân tích và xử lý dữ liệu
Các cảm biến có khả năng nhận diện các tín hiệu từ môi trường như nhiệt độ, áp suất, và ánh sáng, giúp chuyển đổi và kết nối thông tin dưới dạng dữ liệu trong môi trường mạng.
Các tín hiệu sẽ được xử lý để thực hiện các thay đổi theo yêu cầu của người dùng, và những thay đổi này được áp dụng thông qua hệ thống điện thoại và máy tính.
Ưu điểm và nhược điểm của IOT
Internet of things có những ưu nhược điểm riêng biệt, cụ thể như sau:
+ Internet of things giúp truy cập thông tin mọi lúc mọi nơi và trên đa dạng nền tảng thiết bị
+ Giúp cải thiện giao tiếp giữa các thiết bị
Chuyển dữ liệu qua internet không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn giúp tự động hóa các nhiệm vụ, nâng cao chất lượng dịch vụ cho doanh nghiệp.
+ Internet of things khi có nhiều thiết bị kết nối và nhiều thông tin chia sẻ sẽ gặp vấn đề về bí mật thông tin
+ Các doanh nghiệp sẽ phải gặp tình trạng thiết bị kết nối bị hỏng
+ Vì không có tiêu chuẩn quốc tế, vì thế khả năng tương thích sẽ gặp vấn đề.
Tầm quan trọng của IOT
Internet of Things (IoT) giúp con người sống và làm việc thông minh hơn, đồng thời kiểm soát cuộc sống của họ một cách toàn diện Bên cạnh việc cung cấp thiết bị thông minh cho việc tự động hóa nhà cửa, IoT còn đóng vai trò quan trọng trong doanh nghiệp Nó mang đến cái nhìn thời gian thực về hoạt động của hệ thống, từ hiệu suất máy móc đến quản lý chuỗi cung ứng và logistics, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả hoạt động.
IoT giúp các doanh nghiệp tự động hóa quy trình, giảm chi phí lao động và lãng phí, đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ Điều này không chỉ làm cho sản xuất và giao hàng trở nên tiết kiệm hơn mà còn tăng cường tính minh bạch trong các giao dịch với khách hàng.
Tự động hóa là nhu cầu thiết yếu trong quản lý công việc hàng ngày mà không cần can thiệp của con người Việc tự động hóa các nhiệm vụ trong doanh nghiệp không chỉ nâng cao chất lượng dịch vụ mà còn giảm thiểu sự can thiệp của con người Điều này giúp tiết kiệm thời gian, giảm bớt nỗ lực của nhân viên và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Ra quyết định tốt hơn
Các thiết bị với nhiều cảm biến có khả năng thu thập một lượng lớn dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, từ đó cung cấp thông tin phong phú hơn để thực hiện các hành động dựa trên dữ liệu đã nhận được.
Theo dõi và giám sát thời gian thực
Phân tích dữ liệu theo thời gian thực
Dữ liệu nhanh chóng và chính xác là yếu tố thiết yếu trong ngành, giúp đưa ra quyết định kịp thời và thông minh khi theo dõi tài sản hoặc sự thay đổi của môi trường.
Các công ty cần theo dõi và giám sát các tài sản giá trị cao, trong khi đảm bảo rằng dữ liệu chia sẻ được bảo vệ an toàn trước các mối đe dọa từ tin tặc.
Thiết bị này cung cấp thông tin an toàn về vị trí tài sản, chức năng máy móc và nhiệt độ, điều này rất cần thiết và có thể truy cập từ bất kỳ đâu trên thế giới.
Hệ thống chăm sóc vườn rau tích hợp IoT giúp kiểm soát quy trình chăm sóc cây từ khi trồng đến thu hoạch Với công nghệ IoT, người dùng không cần tốn sức để chăm sóc hay quan sát, mà vẫn có thể theo dõi tình trạng cây trồng, nhiệt độ thời tiết, mức phân bón và lượng nước ở bất cứ đâu và bất cứ khi nào.
IoT là công nghệ thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, và tầm quan trọng của nó sẽ ngày càng gia tăng khi các doanh nghiệp nhận thức rõ tiềm năng của các thiết bị kết nối để duy trì tính cạnh tranh.
Ứng dụng của IOT
Một số lợi ích từ việc áp dụng, ứng dụng IOT vào đời sống của con người:
Các ứng dụng nhà thông minh đang ngày càng phổ biến nhờ vào việc sử dụng cảm biến thông minh Mọi thiết bị thông minh có thể dễ dàng được cấu hình, kết nối với internet và điều khiển thông qua các ứng dụng di động đơn giản.
Ví dụ: Có thể điều khiển nhiệt độ điều hòa, bật tắt nóng lạnh hoặc bật đèn khi đang trên đường đi làm về
Ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe đang tận dụng Internet of Things (IoT) để cải thiện các ứng dụng cứu sống Việc thu thập dữ liệu từ thiết bị bên giường, chẩn đoán thời gian thực và truy cập hồ sơ y tế giúp nâng cao chất lượng chăm sóc bệnh nhân Sự triển khai IoT cho phép cải thiện toàn bộ hệ thống chăm sóc bệnh nhân thông qua việc kết nối và chia sẻ thông tin giữa các khoa.
IoT sẽ cung cấp sự tiện lợi cho các bác sĩ, nâng cao độ chính xác của thông tin và giảm thiểu lỗi dữ liệu Điều này không chỉ cải thiện hiệu quả tổng thể mà còn tiết kiệm thời gian cho từng thủ tục y tế.
Các bác sĩ có thể theo dõi tình trạng của bệnh nhân từ xa và đề xuất các thủ tục cần thiết khi cần thiết
Ví dụ: Nhiều bệnh viện đang cung cấp cơ sở y tế từ xa Bệnh nhân có thể theo dõi điều trị thông qua hội nghị truyền hình
+ Ứng dụng trong nông nghiệp
Internet of Things (IoT) là giải pháp tiềm năng để nâng cao hiệu quả ngành nông nghiệp với đội ngũ công nhân giảm thiểu Công nghệ cảm biến thông minh không chỉ cải thiện từng giai đoạn sản xuất nông nghiệp mà còn tự động hóa quy trình, giúp giảm thiểu lao động thủ công.
Chuyển động của bò và cừu từ một vị trí cụ thể, cùng với thông tin về tuổi, trọng lượng và chi tiết tiêm chủng của từng cá nhân, có thể được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và dễ dàng truy cập thông qua việc quét thẻ thông minh.
Các thách thức trong việc nghiên cứu và triển khai IOT
IOT đã đem lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp nhưng song song vẫn còn nhiều thử thách tồn tại:
Chi phí để áp dụng IOT: Không phải trang trại hệ thống nào cũng đủ chi phí để áp dụng
Việc nghiên cứu và ứng dụng của IoT trong lĩnh vực nông nghiệp hiện nay còn khá đơn lẻ, chưa tập trung vào phát triển cả hệ thống
IoT trong nông nghiệp sử dụng mạng WAN không dây tốc độ cao để truyền tải dữ liệu Tuy nhiên, ở những vùng sâu, vùng xa, tín hiệu thường không ổn định, làm cho việc truyền dữ liệu với tốc độ cao trở nên không khả thi.
Ứng dụng của IOT trong nông nghiệp
Thực trạng nền nông nghiệp hiện nay
Nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế chủ chốt tại Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của đất nước Dù đang trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành nông nghiệp vẫn khẳng định vị thế của mình thông qua những thay đổi phù hợp với nhu cầu thị trường.
Hiện nay, nông nghiệp đang được cải tiến nhờ ứng dụng công nghệ, nhằm nâng cao năng suất và phát triển phù hợp với cách mạng công nghiệp 4.0 Mặc dù đã đạt được nhiều thành tựu, ngành nông nghiệp vẫn đối mặt với không ít khó khăn.
Vốn đầu tư cao khi đầu tư công nghệ cao
Mô hình mới mẻ này còn nhiều thiếu sót trong khâu quản lý
Các nhân lực chưa đủ trình độ kỹ năng và kinh nghiệm chuyên môn
Khó khăn khi chọn nhà cung cấp uy tín, chất lượng
Tác động của IOT đến nông nghiệp
IoT ngành nông nghiệp được xem là một bước ngoặt lớn sẽ mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành nông nghiệp trên toàn cầu
Dự báo đến năm 2050, dân số thế giới sẽ đạt 9.8 tỷ người, tăng 25% so với hiện tại, với khoảng 70% dân số sống ở đô thị Mức thu nhập cũng sẽ tăng gấp đôi, dẫn đến nhu cầu lương thực cao hơn, đặc biệt ở các nước đang phát triển Để đáp ứng nhu cầu này, sản lượng lương thực cần phải tăng gấp đôi vào năm 2050.
IoT đã mang lại sự chuyển mình mạnh mẽ cho ngành nông nghiệp, giúp tăng năng suất và giải quyết vấn đề diện tích đất nông nghiệp ngày càng hạn hẹp Nhờ vào công nghệ này, ngành nông nghiệp có thể duy trì nguồn cung thực phẩm đầy đủ cho tương lai.
Theo Allied Market Research, thị trường IoT ngành nông nghiệp dự kiến đạt quy mô 48 tỷ USD trên toàn cầu vào năm 2025, với mức tăng trưởng hàng năm ấn tượng là 14,7% Điều này cho thấy tiềm năng phát triển mạnh mẽ của công nghệ IoT trong ngành nông nghiệp, hứa hẹn sẽ mang lại những thay đổi đáng kể trong tương lai.
Những ứng dụng của IOT trong nông nghiệp
3.1 Trong trồng trọt a Ứng dụng IOT trong lấy mẫu và bản đồ đất:
Hiện nay, nhiều nhà sản xuất đã phát triển các bộ công cụ và cảm biến giúp nông dân theo dõi chất lượng đất Dựa trên dữ liệu thu thập được, các giải pháp khắc phục tình trạng suy thoái đất được đề xuất, hỗ trợ nâng cao hiệu quả canh tác.
Các bộ công cụ theo dõi đặc tính đất giúp giảm thiểu xói mòn, dày đặc, nhiễm mặn, axit hóa và ô nhiễm bằng cách hạn chế sử dụng phân bón Labin-a-Box, bộ công cụ kiểm tra đất do AgroCares phát triển, có khả năng phân tích tới 100 mẫu mỗi ngày, tương đương hơn 22.000 mẫu dinh dưỡng mỗi năm mà không cần phòng thí nghiệm Ứng dụng IoT trong thủy lợi cũng góp phần nâng cao hiệu quả quản lý nước.
Các phương pháp tưới truyền thống như tưới phun và nhỏ giọt thường không hiệu quả do cung cấp nước không đều, dẫn đến cây trồng có nguy cơ thiếu nước và thiếu hụt dinh dưỡng, tạo điều kiện cho bệnh vi sinh và sâu bệnh tấn công Công nghệ IoT với cảm biến giúp giám sát độ ẩm của đất và không khí, từ đó tối ưu hóa lượng nước cung cấp phù hợp với nhu cầu của cây trồng, giữ độ ẩm đất ở mức lý tưởng Ứng dụng IoT cũng có thể cải thiện việc sử dụng phân bón hiệu quả hơn.
Bón phân là bước thiết yếu trong việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng nhằm tối ưu hóa sự phát triển và năng suất Tuy nhiên, việc bón phân không đúng cách có thể dẫn đến lãng phí và gây hại cho cây Nhờ vào công nghệ IoT trong nông nghiệp, lượng phân bón được xác định một cách chính xác, đảm bảo phù hợp nhất với nhu cầu của cây trồng.
Ngoài việc bón phân chính xác, IoT còn mang lại nhiều lợi ích khác trong nông nghiệp Các chất hòa tan trong nước như phân bón, chất cải tạo đất và thuốc trừ sâu có thể được sử dụng hiệu quả thông qua hệ thống tưới tiêu Hệ thống này có thể tích hợp liền mạch với cơ sở hạ tầng canh tác thông minh dựa trên IoT, góp phần quan trọng trong việc quản lý bệnh cây trồng.
Các thiết bị thông minh dựa trên IoT như cảm biến không dây, robot và máy bay không người lái giúp giảm đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu bằng cách phát hiện chính xác sâu bệnh trên cây trồng So với các phương pháp kiểm soát dịch hại truyền thống, quản lý dịch hại dựa trên IoT mang lại khả năng giám sát, mô hình hóa và dự báo dịch bệnh hiệu quả hơn theo thời gian thực Các phương pháp tiếp cận hiện đại trong nhận diện dịch bệnh và sâu bệnh sử dụng công nghệ xử lý hình ảnh, với hình ảnh thô được thu thập từ cảm biến hiện trường, UAV hoặc vệ tinh viễn thám.
Bẫy tự động sử dụng công nghệ IoT có khả năng bắt, đếm và phân loại các loại côn trùng, sau đó gửi dữ liệu về sâu bệnh lên đám mây.
Các phương pháp tiếp cận như phun thuốc chính xác bằng xe và hóa chất VRT tự động không chỉ được áp dụng trong bón phân thông minh mà còn trong điều trị bệnh và ứng dụng thuốc trừ sâu Sự tiến bộ của công nghệ robot mở ra những giải pháp mới cho nông nghiệp Khi trang bị robot nông nghiệp với cảm biến đa hình ảnh và vòi phun chính xác, việc xác định và xử lý các vấn đề dịch hại trở nên hiệu quả hơn nhờ vào hệ thống quản lý dịch bệnh IoT từ xa Ứng dụng IoT trong theo dõi, dự báo và thu hoạch cũng góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.
Giám sát năng suất cây trồng và độ ẩm là yếu tố quan trọng giúp đánh giá hiệu quả canh tác và xác định các biện pháp cần thực hiện tiếp theo Đây là một phần thiết yếu của canh tác chính xác, không chỉ trong mùa thu hoạch mà còn liên quan đến chất lượng sản lượng trước đó Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả sự thụ phấn đạt yêu cầu trong điều kiện môi trường thay đổi.
Dự báo mùa màng là nghệ thuật dự đoán năng suất và sản lượng cây trồng trước khi thu hoạch, giúp nông dân lập kế hoạch và quyết định thời điểm thu hoạch hợp lý Việc giám sát các giai đoạn phát triển của cây trồng cho phép tối đa hóa cả sản lượng và chất lượng, đồng thời tạo cơ hội điều chỉnh chiến lược quản lý Để thu được lợi ích tối đa từ cây trồng, nông dân cần nắm rõ thời điểm thu hoạch phù hợp.
Bộ theo dõi năng suất có thể lắp đặt trên mọi loại máy gặt và kết nối với ứng dụng di động FarmRTX, cho phép hiển thị dữ liệu thu hoạch theo thời gian thực Dữ liệu này được tự động tải lên nền tảng web của nhà sản xuất, giúp tạo ra bản đồ năng suất và chia sẻ chúng với nông dân và nhà nông học Ngoài ra, người dùng có thể xuất các bản đồ này sang phần mềm quản lý trang trại khác để phân tích sâu hơn.
Chăn nuôi là một ngành nghề phổ biến tại Việt Nam, thường đi đôi với trồng trọt Hiện nay, nhiều mô hình trang trại chăn nuôi thông minh đã ra đời, áp dụng công nghệ tiên tiến trong toàn bộ quy trình chăm sóc vật nuôi.
Việc lắp đặt cảm biến vào tai lợn giúp theo dõi và thu thập dữ liệu về nhiệt độ chuồng nuôi, độ ẩm không khí, sức khỏe và chế độ ăn uống của lợn, từ đó hỗ trợ người chăn nuôi nắm bắt tình trạng sức khỏe của đàn lợn một cách hiệu quả Những cảm biến này có tuổi thọ lên đến 10 năm, giúp chủ trang trại giảm thiểu chi phí thay thế thiết bị.
Cảm biến không chỉ áp dụng cho lợn mà còn cho tất cả các loại vật nuôi khác Vòng cảm biến gắn vào cổ hoặc chân bò giúp đếm số bước chân trong suốt vòng đời của chúng Từ dữ liệu này, chủ nuôi có thể theo dõi sức khỏe, giới tính và thời điểm bò cái có khả năng mang thai Ngoài ra, chủ nuôi cũng có thể kiểm soát vị trí của con vật, ngăn chặn tình trạng đi lạc hoặc bị trộm cắp.
Trang trại bò sữa thông minh cho phép chủ nuôi kiểm soát hoàn toàn lượng và chất lượng sữa, từ đó điều chỉnh quy trình vắt sữa một cách hợp lý Nhờ vào những tiến bộ của IoT, việc chăn nuôi trở nên hiệu quả hơn và giảm bớt sức lao động của con người.
Cơ hội mở ra cho nền nông nghiệp khi ứng dụng IOT
IoT trong nông nghiệp đang trở thành một trong những xu hướng nổi bật, hứa hẹn mang lại hiệu quả vượt trội cho ngành nông nghiệp Công nghệ IoT giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện năng suất và giảm thiểu chi phí, từ đó tạo ra những giá trị chưa từng có cho người nông dân.
Nông nghiệp hiện đang đối mặt với nhiều thách thức khi diện tích đất canh tác ngày càng giảm, trong khi nhu cầu lương thực trên toàn cầu lại tăng cao Sự thoái hóa đất đai do các phương pháp sản xuất không bền vững và tác động của biến đổi khí hậu ngày càng trở nên nghiêm trọng.
IoT trong nông nghiệp cho phép nông dân theo dõi sản phẩm và điều kiện canh tác theo thời gian thực, giúp thu thập thông tin nhanh chóng Công nghệ này không chỉ dự đoán các vấn đề tiềm ẩn mà còn hỗ trợ đưa ra quyết định thông minh để phòng ngừa những rủi ro trước khi chúng xảy ra.
13 b Sự phủ sóng nông nghiệp
Với 70% dân số sống tại các khu vực đô thị, việc đô thị hóa ngày càng gia tăng đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống nhà kính và thủy canh dựa trên IoT, giúp cung cấp trái cây và rau ngắn ngày cho người dân Các hệ thống nông nghiệp thông minh với chu trình khép kín cho phép trồng trọt ở nhiều không gian khác nhau như siêu thị, tường nhà, nóc các tòa nhà chọc trời và các thùng vận chuyển, tận dụng hiệu quả những khuôn viên nhỏ trong gia đình.
Nhiều giải pháp IoT hiện nay tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên như nước, năng lượng và đất đai Canh tác nông nghiệp chính xác sử dụng IoT để thu thập dữ liệu từ các cảm biến đa dạng trên đồng ruộng, giúp nông dân phân bổ chính xác tài nguyên cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, từ đó tạo ra quy trình sản xuất sạch hơn.
Hệ thống IoT trong canh tác chính xác giúp tiết kiệm nước và năng lượng, đồng thời thúc đẩy nông nghiệp xanh hơn Phương pháp này giảm đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón, mang lại sản phẩm cuối cùng sạch hơn và hữu cơ hơn so với nông nghiệp truyền thống.
Một trong những lợi ích nổi bật của việc áp dụng IoT trong nông nghiệp là cải thiện tốc độ quy trình Hệ thống theo dõi và dự đoán thời gian thực cho phép nông dân nhanh chóng phản ứng với các thay đổi quan trọng như thời tiết, độ ẩm và chất lượng không khí, cũng như sức khỏe cây trồng và đất đai Trong bối cảnh thời tiết ngày càng khắc nghiệt, những khả năng này giúp các chuyên gia nông nghiệp bảo vệ mùa màng hiệu quả hơn.
15 f Nâng cao chất lượng sản phẩm
Nông nghiệp dựa trên dữ liệu giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thông qua việc sử dụng cảm biến đất, cây trồng, máy bay không người lái để giám sát và lập bản đồ trang trại Nhờ đó, nông dân có thể hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa điều kiện môi trường và chất lượng cây trồng Bằng cách áp dụng các hệ thống kết nối, họ có khả năng tái tạo những điều kiện tối ưu, từ đó gia tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Xu hướng và thách thức khi ứng dụng IOT trong nông nghiệp
Internet of Things (IoT) đã thâm nhập sâu rộng vào nhiều ngành công nghiệp, trong đó có ngành nông nghiệp Đến cuối năm 2018, thị trường nông nghiệp kết nối toàn cầu đã đạt 1,8 tỷ USD và dự kiến sẽ tăng lên 4,3 tỷ USD vào năm 2023, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 19,3% Sự phát triển này cho thấy tiềm năng to lớn của IoT trong việc cải thiện hiệu quả và năng suất trong nông nghiệp.
Các số liệu thống kê gần đây cho thấy dân số toàn cầu sắp đạt 9,6 tỷ người vào năm
Đến năm 2050, để đáp ứng nhu cầu nuôi sống dân số ngày càng tăng, ngành nông nghiệp cần phải áp dụng công nghệ Internet of Things (IoT) IoT không chỉ giúp vượt qua những thách thức như điều kiện thời tiết khắc nghiệt, biến đổi khí hậu và tác động môi trường, mà còn hỗ trợ trong việc gia tăng sản lượng thực phẩm.
Internet vạn vật (IoT) đã và đang trở thành động lực chính thúc đẩy tăng sản lượng nông nghiệp với chi phí thấp hơn Theo dự báo, việc áp dụng các giải pháp thông minh dựa trên IoT sẽ gia tăng mạnh mẽ trong các hoạt động nông nghiệp trong những năm tới Cụ thể, báo cáo gần đây cho thấy tốc độ tăng trưởng kép hàng năm của việc lắp đặt thiết bị IoT trong ngành nông nghiệp sẽ đạt mức 20%, đồng thời số lượng thiết bị kết nối trong nông nghiệp dự kiến tăng từ 13 triệu thiết bị vào năm 2014 lên 225 triệu thiết bị vào năm 2024.
Công nghệ IoT sẽ trở thành yếu tố then chốt trong sự phát triển của nông nghiệp, được áp dụng rộng rãi để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và giảm chi phí lao động.
Khi áp dụng công nghệ, thách thức lớn nhất thường là kinh phí, nhưng thực tế chi phí không quá cao, chủ yếu tập trung vào thiết kế ứng dụng Nhờ vào công nghệ, nông dân có thể dễ dàng kết nối với trang trại của mình thông qua smartphone.
Và cũng từ đó mà người nông dân lại giao tiếp với Farm qua thiết bị thông minh, chưa quen với với việc thay đổi cách canh tác
Trong lĩnh vực nông nghiệp tại Việt Nam, ý tưởng ứng dụng IoT còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào các giải pháp như cảm biến, lập trình tưới, và hệ thống trồng thủy canh tự động Những công nghệ này chủ yếu được áp dụng cho các doanh nghiệp quy mô lớn với chi phí đầu tư cao.
Nông hộ và hợp tác xã là những yếu tố quan trọng nhất trong nông nghiệp Việt Nam, nhưng họ vẫn còn gặp khó khăn trong việc áp dụng công nghệ vào sản xuất.
Để nông sản đạt hiệu quả cao và trở thành hàng hóa có giá trị, cần có người đồng hành, hỗ trợ trong việc bao tiêu sản phẩm, áp dụng quy trình sản xuất hợp lý và sử dụng công nghệ linh hoạt.
Nông nghiệp Việt Nam sở hữu nhiều lợi thế, nhưng chủ yếu vẫn dựa vào quy mô sản xuất nhỏ và kinh tế hộ gia đình, dẫn đến năng suất lao động thấp Việc ứng dụng IoT trong nông nghiệp sẽ mở ra cơ hội lớn cho nông dân, giúp họ nâng cao năng suất, giá trị sản phẩm và cải thiện chất lượng cuộc sống.
Xây dựng hệ thống giám sát nông nghiệp IOT
Mô tả bài toán
Xã hội phát triển dẫn đến nhu cầu ngày càng cao về chất lượng thực phẩm của người tiêu dùng Để đáp ứng yêu cầu này, nông dân cần áp dụng phương pháp nuôi trồng chính xác và có hệ thống Giải pháp IoT (Internet of Things) nổi lên như một công cụ hiệu quả giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.
Nhóm sẽ phát triển và mô phỏng một mô hình giám sát nông nghiệp ứng dụng IoT cho việc trồng cây dưa lưới Dưa lưới, một loại rau ăn quả có thời gian sinh trưởng ngắn, cho phép trồng nhiều vụ trong năm và đạt năng suất cao.
Để trồng dưa lưới hiệu quả, cần chú ý đến các điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ thích hợp từ 7 – 30 độ C và vị trí có nhiều ánh sáng Độ ẩm cần duy trì trên 84%, tránh tình trạng ẩm độ không khí quá cao và mưa kéo dài, vì có thể gây bệnh cho cây Lựa chọn đất trồng cũng rất quan trọng; đất cần giàu dinh dưỡng, tơi xốp và thoát nước tốt, có thể sử dụng hỗn hợp đất sạch với phân trùn quế, dịch trùn quế và xơ dừa Đất có hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ giúp dưa lưới phát triển mạnh mẽ, đạt năng suất cao và kéo dài thời gian thu hoạch.
Mô hình ứng dụng IoT trong trồng cây dưa lưới bao gồm các hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, tự động tưới nước, điều chỉnh CO, bảo vệ, chuyển đổi năng lượng mặt trời và báo cháy, mang lại hiệu quả kinh tế thiết thực cho nhà nông Nhờ đó, nông dân có thể tăng thu nhập trên diện tích đất canh tác, giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất và tạo ra sản phẩm sạch, an toàn cho người tiêu dùng.
Mô phỏng mô hình nông nghiệp thông minh
Mô hình Smart Farming sẽ bao gồm:
- Trong nhà lưới sử dụng các thiết bị IoT được kết nối không dây với Home gateway Home gateway được cài đặt mật khẩu là 18062001
- Quản lý các thiết bị IoT thông qua server đặt từ xa với địa chỉ 192.168.2.3/255.255.255.0, user name và password là admin
Control and monitoring can be achieved through a laptop connected to a home gateway or by utilizing a Central Office Server and Cell Tower to access 3G/4G networks, allowing smartphones to connect seamlessly to the 3G/4G network.
Hình 3 1 Các hệ thống trong nhà lưới
Hình 3 2 Server điều khiển từ xa qua điện thoại
Thiết kế bảng địa chỉ IP cho các thiết bị:
Tên thiết bị Địa chỉ IP Subnet mask
Bộ chuyển đổi năng lượng 192.168.25.109 255.255.255.
Kiểm tra độ ẩm không khí
Kiểm tra độ ẩm đất 192.168.25.130 255.255.255.
Bảng 3 1 Địa chỉ IP của các thiết bị
2.2 Chi tiết các hệ thống trong nhà lưới
Hệ thống dò CO2 bao gồm hai thành phần chính: Máy dò CO2, có khả năng phát hiện nồng độ khí CO2 trong không khí, chẳng hạn như từ xe ô tô cũ, và quạt thổi, giúp phân tán khí trong không gian.
Hình 3 3 Hệ thống dò CO 2
Hệ thống dò CO được thiết lập 3 mức: CO Large, CO Medium và CO Low Trong đó, điều kiện được thiết lập như sau:
Tên Điều kiện Hành động
CO Large Máy dò CO Level > 0.06 Set Máy thả khí thải
CO Medium Máy dò CO Level is between 0.02 and 0.06
Set Máy thả khí thải Status to Low
CO low Máy dò CO Level < 0.02 Set Máy thả khí thải
Bảng 3.2 Các điều kiện của hệ thống dò CO
Quạt thổi khí thải sẽ hoạt động dựa trên nồng độ CO được phát hiện, với ba trạng thái: không hoạt động, hoạt động với năng suất trung bình hoặc hoạt động với năng suất cao, tương ứng với các mức Level khác nhau.
Hệ thống năng lượng mặt trời
Hệ thống năng lượng mặt trời gồm:
Tấm năng lượng mặt trời chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng và cung cấp nguồn năng lượng này cho các thiết bị khác, như pin.
+ Power Meter: Đồng hồ điện hiển thị mức điện trên một đường dây
Hình 3 3 Hệ thống năng lượng mặt trời
Tên Điều kiện Hành động
Bật thiết bị Match all:
- Tấm năng lượng mặt trời Status >= 30
- Đồng hồ điện Status >= 30 Watts
Set thiết bị On to true
Tắt thiết bị Match all:
- Tấm năng lượng mặt trời Status < 30 Wh
- Đồng hồ điện Status < 30 Watts
Set thiết bị On to false
Bảng 3.3 Các điều kiện của hệ thống năng lượng mặt trời
Thiết bị có thể hoạt động bằng năng lượng mặt trời hay không phụ thuộc vào khả năng hấp thụ năng lượng của tấm năng lượng mặt trời Cụ thể, nếu tấm năng lượng mặt trời hấp thu trên 30Wh, đồng hồ điện đo được công suất trên 30Watts và pin tích trữ trên 30%, thì thiết bị sẽ đủ nguồn điện để hoạt động hiệu quả.
Tên Điều kiện Hành động
Mở cửa Đầu đọc RFID Status is Valid Set Door Lock to Unlock
Set Webcam On to true Đóng cửa Đầu đọc RFID Status is Invalid Set Door Lock to Lock
Set Webcam On to true
RFID hợp lệ Đầu đọc RFID Card ID = 1001 Set Đầu đọc RFID Status to Valid
RFID không hợp lệ Đầu đọc RFID Card ID = 300 Set Đầu đọc RFID Status to Invalid
- Máy dò chuyển động On is true
- Đầu đọc RFID Status is Invalid
Set Còi báo động On to true
Tắt còi báo động Đầu đọc RFID Status is Waiting Set Còi báo động On to false
Bảng 3 4 Các điều kiện của hệ thống cửa
Khi đầu đọc RFID nhận Card ID = 1001, cửa sẽ được đóng, cho thấy đầu đọc hợp lệ Ngược lại, nếu Card ID khác 1001, đầu đọc sẽ không hợp lệ và cửa cũng sẽ đóng Webcam trong hệ thống luôn hoạt động, bất kể đầu đọc RFID có hợp lệ hay không Nếu đầu đọc không hợp lệ và hệ thống phát hiện chuyển động, còi báo động sẽ được kích hoạt.
Hệ thống chữa cháy gồm:
+ Smoke Detector - Cảm biến khói là thiết bị tự động nhận biết có khói, giúp ta phát hiện các sự cố cháy nổ kịp thời và nhanh chóng
+ Fire Monitor: Cảm biến lửa
+ Fire Sprinkler - Vòi phun nước
Hình 3 6 Hệ thống chữa cháy
Tên Điều kiện Hành động
Cảm biến khói Level >=0.1 Cảm biến lửa Fire Detected is true
Activate the alarm system by setting it to true Enable Fire Suppression System 1 by changing its status to true Similarly, set Fire Suppression System 2, Fire Suppression System 3, and Fire Suppression System 4 to true as well.
Cảm biến khói Level
