ỨNG DỤNG IOT TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM RƠM Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Tuy nhiên, sự bùng nổ của công nghệ thông tin; quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao; cùng với diện tích đất bị thu hẹp do đô thị hóa, do biến đổi khí hậu trong khi dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… là những thách thức rất lớn đối với sản xuất nông nghiệp. Nông nghiệp công nghệ cao là một nền nông nghiệp ứng dụng hợp lý những công nghệ mới, tiên tiến vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả, tạo bước đột phá về năng suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội và bảo đảm sự phát triển nông nghiệp bền vững. Phát triển nông nghiệp công nghệ cao, đổi mới khoa học công nghệ được coi là một trong những giải pháp then chốt, trọng tâm. Ứng dụng khoa học công nghệ giải quyết các thách thức trong phát triển nông nghiệp bằng các ưu việt của các công nghệ như: Công nghệ sinh học, công nghệ nhà kính, công nghệ tưới nhỏ giọt, công nghệ cảm biến, tự động hóa, internet vạn vật (IoT)… giúp sản xuất nông nghiệp tiết kiệm chi phí, tăng năng suất, hạ giá thành và nâng cao chất lượng nông sản, bảo vệ môi trường. Mặt khác, nông nghiệp công nghệ cao giúp nông dân chủ động trong sản xuất, khắc phục được tính mùa vụ, giảm sự lệ thuộc vào thời tiết, khí hậu, đáp ứng nhu cầu thị trường về chất lượng nông sản.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA ĐỒ ÁN MÔN CÔNG NGHỆ 4.0 (CNT612) ỨNG DỤNG IOT TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TRỒNG NẤM RƠM TRONG NHÀ KÍNH Cán hướng dẫn: Học viên thực hiện: Tiến sĩ LƯƠNG VINH QUỐC DANH TÀO MINH ĐẠT MSHV: M4422019 Lớp: TN2244SH Ngành: Kỹ thuật điện CẦN THƠ - NĂM 2023 MỤC LỤC Tên mục .Trang CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .2 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu .4 1.4 Ưu điểm giải pháp CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp trồng nấm rơm truyền thống 2.2 Phương pháp trồng nấm rơm nhà kính 2.3 Ứng dụng IoT việc giám sát mơ hình trồng nấm rơm nhà kính 10 2.4 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm nhà kính 15 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA MƠ HÌNH .21 3.1 Kết đạt từ mơ hình nghiên cứu 21 3.2 Nhận xét đánh giá tính khả thi nghiên cứu 21 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT 23 4.1 Kết luận .23 4.2 Hướng phát triển mơ hình nghiên cứu 23 4.3 Kiến nghị, đề xuất 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO .25 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài Thời đại cách mạng công nghệ lần thứ tư bùng nổ, tác động đến nhiều lĩnh vực tồn cầu Nếu trước cơng nghiệp lần thứ phát minh máy nước, lần thứ máy phát điện, lần thứ thuộc điện tử lần thứ gọi cách mạng số Thông qua thiết bị tảng cơng nghệ, người dần chuyển hố stồn giới thực thành giới số Năm 2013 đánh dấu cột mốc cho thuật ngữ “Công nghiệp 4.0” đời Đức, mở đường cho ngành nghề có bước chuyển phát triển, bao gồm nông nghiệp công nghệ cao – nông nghiệp 4.0 Nước ta đất nước nông nghiệp, nhiên nhiều năm quy mô chất lượng sản lượng nông nghiệp nước ta thấp so với nước khác mà nguyên nhân việc công nghệ sản xuất nước ta lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân Mơ hình nhà kính tảng cho tiêu chuẩn chất lượng, công giá trị sản phẩm việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao Tính linh hoạt nhà kính giúp cho người trồng trọt trồng trọt mơi trường nào, diện tích trồng trọt từ vài trăm mét vng đến hàng chục hecta Nhà kính có khả loại bỏ điều kiện mơi trường bất lợi, cung cấp môi trường phát triển tối ưu, tạo mùa sinh trưởng dài hơn, trồng loại trái mùa giống khác nhau, bảo vệ trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa gây thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng nhanh suất cao hơn, chất lượng tốt Tất điều chỉnh điều khiển hoàn toàn tự động áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát sản xuất Việc sử dụng nhà kính tự động giúp tiết kiệm nhân lực, tăng độ xác giám sát điều khiển môi trường Việt Nam quốc gia phát triển, nông nghiệp giữ vai trò quan trọng kinh tế Tuy nhiên, bùng nổ cơng nghệ thơng tin; q trình hội nhập quốc tế địi hỏi chất lượng nơng sản cao; với diện tích đất bị thu hẹp thị hóa, biến đổi khí hậu dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… thách thức lớn sản xuất nông nghiệp. Nông nghiệp công nghệ cao nông nghiệp ứng dụng hợp lý công nghệ mới, tiên tiến vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả, tạo bước đột phá suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày cao xã hội bảo đảm phát triển nông nghiệp bền vững. Phát triển nông nghiệp công nghệ cao, đổi khoa học công nghệ coi giải pháp then chốt, trọng tâm Ứng dụng khoa học công nghệ giải thách thức phát triển nông nghiệp ưu việt công nghệ như: Công nghệ sinh học, công nghệ nhà kính, cơng nghệ tưới nhỏ giọt, cơng nghệ cảm biến, tự động hóa, internet vạn vật (IoT)… giúp sản xuất nơng nghiệp tiết kiệm chi phí, tăng suất, hạ giá thành nâng cao chất lượng nông sản, bảo vệ môi trường Mặt khác, nông nghiệp công nghệ cao giúp nông dân chủ động sản xuất, khắc phục tính mùa vụ, giảm lệ thuộc vào thời tiết, khí hậu, đáp ứng nhu cầu thị trường chất lượng nông sản Ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất nông nghiệp tạo sản phẩm nông nghiệp công nghệ cao coi xu hướng tất yếu giúp sản xuất nông nghiệp phát triển vượt bậc, qua làm thay đổi tranh nơng nghiệp nước nhà, cộng với phát triển mạnh khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin, kỹ thuật điện- điện tử Việc ứng dụng cộng nghệ giám sát từ xa sản xuất nông nghiệp xu phát triển nông nghiệp công nghệ cao nói chung nhà kính tự động nói riêng Từ em đề xuất đề tài “Ứng dụng IoT giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm nhà kính huyện Cờ Đỏ” để nghiên cứu phát triển 1.2 Mục tiêu Xây dựng mô hình sản xuất nơng nghiệp thơng minh sản xuất an toàn giám sát từ xa hướng giúp người nông dân nâng cao giá trị sản phẩm cách bền vững Đặc biệt, tạo liên kết sản xuất theo chuỗi giá trị gắn với xây dựng thương hiệu hàng hóa Áp dụng tiến khoa học kỹ thuật hướng đến cách mạng nông nghiệp 4.0 vào sản xuất, tăng cường liên kết, hỗ trợ từ nhiều nhà sản xuất nông nghiệp Sản phẩm người nông dân làm dán tem truy xuất nguồn gốc Nhiều doanh nghiệp tham gia đầu tư liên kết với hợp tác xã, sở sản xuất, kinh doanh nông hộ để phát triển cơng nghệ thơng minh, mở rộng thị trường, góp phần tạo lợi thúc đẩy tăng trưởng chung cho địa phương Sản xuất nơng nghiệp thơng minh nói chung mục tiêu để tạo nông sản đạt giá trị hiệu suất cao, chất lượng tốt, an tồn tươi Từ đó, người tiêu dùng tiếp cận đến nguồn sản phẩm sạch, chất lượng đảm bảo với giá thành phải Hiệu mơ hình nơng nghiệp 4.0 giúp nông dân chủ động kế hoạch sản xuất, giảm lệ thuộc tuỳ theo thời tiết khí hậu Đồng thời, khắc phục mùa vụ nghiệt ngã mà nhờ quy mơ sản xuất mở rộng nhiều lần Cụ thể ứng dụng hiệu hiệu ứng nhà kính, nhà nơng tái tạo nên môi trường thuận lợi cho sản xuất nơng nghiệp Nơng nghiệp thơng minh cịn giúp phát triển kinh tế nước nhà Dần dần, nông nghiệp thực trở thành mạnh Việt Nam trong bối cảnh văn hoá hội nhập Giúp nâng tầm thương hiệu đủ sức cạnh tranh thị trường nước quốc tế 1.3 Nội dung nghiên cứu Phương pháp trồng nấm rơm truyền thống Phương pháp trồng nấm rơm nhà kính Ứng dụng IoT việc giám sát mơ hình trồng nấm rơm nhà kính Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm nhà kính Thi công hệ thống giám sát điều khiển mô hình trồng nấm rơm nhà kính 1.4 Ưu điểm giải pháp Trồng nấm rơm nhà kính theo hướng ứng dụng cơng nghệ cao có nhiều ưu điểm so với cách trồng nấm rơm ngồi trời Cụ thể, nơng dân chủ động điều chỉnh ẩm độ, nhiệt độ, việc vệ sinh khu vực trồng nấm thuận lợi hơn, tiết kiệm diện tích chất mô không phụ thuộc vào thời tiết trồng nấm rơm trời. Trồng nấm rơm nhà kính theo hướng ứng dụng cơng nghệ cao dễ chăm sóc, dễ thu hoạch, thuận lợi khâu vệ sinh trại, bên cạnh đó, chất lượng sản phẩm nấm rơm nhà tăng, dễ bán giá bán cao Các giải pháp IoT cho phép biết điều kiện thời tiết theo thời gian thực. Cảm biến đặt bên bên ngồi nhà kính. Dữ liệu thu thập từ môi trường sử dụng để chọn điều chĩnh thời tiết phù hợp phát triển bền vững điều kiện khí hậu cụ thể. Tồn hệ sinh thái IoT tạo thành từ cảm biến phát điều kiện thời tiết theo thời gian thực độ ẩm, nước, nhiệt độ xác hơn. Có nhiều khơng. của cảm biến có sẵn để phát tất thơng số định cấu hình phù hợp để phù hợp với yêu cầu canh tác thông minh. Các cảm biến giám sát tình trạng nấm trồng thời tiết xung quanh chúng. Nếu tìm thấy điều kiện thời tiết đáng lo ngại nào, cảnh báo gửi. Điều bị loại bỏ cần thiết diện vật chất điều kiện khí hậu xáo trộn, điều cuối làm tăng suất giúp nông dân thu nhiều lợi ích từ nơng nghiệp IoT mơ hình này, làm cho việc thực hành canh tác trở nên xác kiểm sốt cách thực hóa ứng dụng canh tác thơng minh. Mục tiêu canh tác xác phân tích liệu, tạo thơng qua cảm biến, để phản ứng tương ứng. Canh tác xác giúp nơng dân tạo liệu với trợ giúp cảm biến phân tích thơng tin để đưa định thơng minh nhanh chóng. Với trợ giúp canh tác xác, phân tích điều kiện đất thơng số liên quan khác để tăng hiệu hoạt động. Để làm cho nhà kính trở nên thơng minh, IoT cho phép trạm thời tiết tự động điều chỉnh điều kiện khí hậu theo hướng dẫn cụ thể. Việc áp dụng IoT Nhà kính loại bỏ can thiệp người, làm cho tồn quy trình tiết kiệm chi phí đồng thời tăng độ xác. Với trợ giúp cảm biến, lượng nước tiêu thụ trạng thái nhà kính theo dõi qua email cảnh báo SMS. Tưới tiêu tự động thông minh thực với trợ giúp IoT. Các cảm biến giúp cung cấp thông tin mức áp suất, độ ẩm, nhiệt độ ánh sáng Để phát triển ứng dụng IoT giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm nhà kính nói riêng sản suất nơng nghiệp thơng minh nói chung cần phải triển khai số giải pháp sau: Một là, Chính phủ cần tiếp tục ban hành sách phù hợp với thực tiễn sản xuất, có khả thi cao nhằm huy động nguồn lực để thực cách mạng nông nghiệp thông minh Hai là, triển khai xây dựng, thu thập sở liệu trực tuyến nơng nghiệp, tích hợp, đồng Ba là, tăng cường công tác đào tạo nguồn nhân lực, đặc biệt nguồn nhân lực chất lượng cao để chủ động q trình tiếp cận nơng nghiệp thơng minh Bốn là, khuyến khích thu hút doanh nghiệp cơng nghệ số đầu tư phục vụ nông nghiệp Các công nghệ tự động hố sản xuất nơng nghiệp phù hợp với hộ nông dân nhỏ Năm là, thúc đẩy nghiên cứu đổi sáng tạo lĩnh vực nông nghiệp thông minh CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp trồng nấm rơm truyền thống Khí hậu Việt Nam thích hợp để nấm rơm sinh trưởng phát triển Nhiệt độ thích hợp để nấm phát triển từ 30-32 oC; độ ẩm nguyên liệu (cơ chất) từ 65-75%; độ ẩm khơng khí 80%; pH=7, thống khí Nấm rơm sử dụng dinh dưỡng cellulose trực tiếp từ nguyên liệu trồng Chu kỳ sinh trưởng phát triển nấm rơm ngắn Từ lúc trồng đến thu hoạch sau 10-12 ngày Hầu hết phế thải ngành nông nghiệp giàu chất cellulose nguyên liệu trồng nấm Thời vụ trồng nấm từ phụ thuộc vào nguyên liệu, thường bắt đầu vụ trồng nấm rơm sau người dân thu hoạch lúa xong nhằm tận dụng nguồn rơm rạ có sẵn Phương pháp trồng cách đóng mơ nấm ngồi trời, nên canh tác thường bị đợt mưa lớn, nắng nóng làm hư hỏng, cần che phủ thêm lớp rơm rạ khô bề mặt mô nấm Lớp rơm rạ xếp theo chiều, phủ theo kiểu lợp mái nhà Chiều dày 4-5 cm Kiểm tra thấy mô nấm bị khơ tưới trực tiếp lên lớp áo phủ nhiều lần ngày Để tránh mưa tiện cho việc chăm sóc mơ nấm, cắm cọc tre, đan thành mái cách mặt mô nấm 10-15 cm, phía ngồi bọc lớp nylon, phía phủ rơm rạ khô Nhiệt độ mô nấm ngày đầu khoảng 38-40oC tốt Việc tưới nước tương tự với nấm trồng nhà Hình Phương pháp trồng nấm rơm truyền thống Kể từ lúc cấy giống đến hái hết đợt khoảng 15 – 17 ngày Nấm rộ từ ngày thứ 12 đến 15 Hái nấm chúng giai đoạn hình trứng tốt nhất, bảo đảm chất lượng suất cao Một ngày hái nấm – lần Những ngày nắng nóng, nhiệt độ khơng khí cao, nấm phát triển nhanh, nên quan sát nấm nhọn đầu hái Nấm thường mọc cụm, ta hái cụm hái tỉa phải khéo léo không để ảnh hưởng đến chân nấm Nấm hái đợt khoảng – ngày Năng suất 70 – 80%, sau – ngày tiếp đợt Năng suất nấm đợt khoảng 15 – 25% Một đợt nuôi trồng (từ lúc xử lý nguyên liệu đến kết thúc thu hái) khoảng 25 – 30 ngày Sau đợt nuôi trồng dọn vệ sinh sẽ: tưới nước vôi (giống vôi quét tường) để – ngày lại trồng đợt Năng suất nấm dao động từ 12 – 20% so với nguyên liệu khô, rơm rạ khô cho thu hoạch khoảng 120 – 200kg nấm tươi Năng suất nấm cao hay thấp tùy thuộc vào chất lượng giống nấm, kỹ thuật nuôi trồng yếu tố khí hậu Hạn chế: Do trồng ngồi trời nên chịu ảnh hưởng trực tiếp từ mơi trường nắng, mưa, mầm bệnh Từ làm nấm rơm phát triển kém, nhiễm bệnh, thối chân gây chết nấm làm giảm suất Do mô nấm đặt trời nên phải tốn thêm lượng rơm để che phủ mặt mô để bảo vệ meo nấm 2.2 Phương pháp trồng nấm rơm nhà kính Việc trồng nấm rơm theo phương pháp truyền thống dễ bi rũi ro sâu bệnh công, thời tiết thay đổi thất thường làm ảnh hưỡng đến chất lượng, suất Nhằm khắc phục nhược điểm đó, mơ hình trồng nấm rơm nhà kính đời Nhà kính trồng nấm rơm có khung sườn làm sắt, mái lợp màng PE, tráng xi măng phủ vải địa, phần vách nhà kính bao xung quanh màng PE Rơm nguyên liệu để trồng nấm nhà xử lý kiểu trồng truyền thống Nếu trước đây, việc ủ nấm rơm ngồi mơi trường, người nơng dân khó kiểm sốt nắng, mưa Khi thời tiết khơng thuận lợi suất nấm thấp, cịn đưa vào nhà kính điều khiển nhiệt độ, ẩm độ,… tạo điều kiện thuận lợi cho nấm phát triển, suất cao Khi trồng nhà kính, nấm đẹp hơn, ăn ngon so với nấm trồng theo cách truyền thống. Do trồng nhà kính, khơng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật nên nấm làm đạt chất lượng thị trường ưa chuộng. Điểm quan trọng IoT đối tượng phải nhận biết định dạng Nếu đối tượng, kể người, "đánh dấu" để phân biệt thân đối tượng với thứ xung quanh hồn tồn quản lý thơng qua máy tính Việc đánh dấu thực thông qua nhiều công nghệ, chẳng hạn RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kỹ thuật số Việc kết nối thực qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Ngồi kĩ thuật nói trên, nhìn từ giới web, sử dụng địa độc để xác định vật, chẳng hạn địa IP Mỗi thiết bị có IP riêng biệt khơng nhầm lẫn Sự xuất IPv6 với không gian địa vô rộng lớn giúp thứ dễ dàng kết nối vào Internet kết nối với Hình Mơ hình IoT (Internet of Things) Một vấn đề IoT khả tạo ứng dụng IoT nhanh chóng Để khắc phục nhiều công ty, tổ chức giới nghiên cứu tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT Theo số liệu dự báo, vào năm 2050, dân số giới dự kiến chạm ngưỡng 9.8 tỷ người, tăng khoảng 25% so với số Xu hướng đô thị hóa tiếp tục tăng với tốc độ nhanh chóng, khoảng 70% dân số giới dự đoán trở thành dân số thành thị đến năm 2050 (so với 49%) Hơn nữa, mức thu nhập tăng lên gấp đôi so với tại, điều thúc đẩy nhu cầu lương thực tăng cao, đặc biệt nước phát triển Để nuôi sống lượng dân số thành thị lớn sản lượng lương thực phải tăng gấp đôi vào năm 2050 13 Không lương thực, mà lĩnh vực sản xuất trồng trở nên quan trọng không ngành công nghiệp Các loại trồng bơng, cao su, đóng vai trị quan trọng kinh tế nhiều quốc gia Những nhu cầu làm tăng thêm áp lực nguồn tài nguyên nông nghiệp vốn khan Do hạn chế mặt nhiệt độ, khí hậu, địa hình chất lượng đất khơng đồng nên khó định lượng khác biệt loại thực vật; yếu tố mơ hình đất đai, khí hậu mật độ dân số tăng nhanh trình thị hóa đặt mối đe dọa sẵn có đất canh tác Đây lý nông nghiệp thông minh xuất Hình Mơ hình IoT nơng nghiệp Nông nghiệp thông minh hệ thống nông nghiệp ứng dụng công nghệ số để giám sát, điều khiển chăm sóc trồng tự động, giúp tối đa hóa suất chất lượng nơng sản Để tạo nông nghiệp bền vững, việc sử dụng IoT trung tâm hàng đầu hoạt động nông nghiệp IoT xếp hợp lý cách làm việc từ sử dụng nước điện, vận chuyển trồng, cảnh báo vận hành, bảo trì máy móc nông trại IoT chứng tỏ bước đột phá tiếp tục thay đổi cách nhìn vào hoạt động nông nghiệp khác nhau, theo thống kê giới năm 2020 có 75 triệu thiết bị dựa IoT hoạt động ngành nông nghiệp Trong tương lai, IoT định hình tiến vượt bậc Mạng cảm biến không dây WSN (Wireless Sensor Network - WSN) hệ thứ công nghệ thông tin di động (5G) để cung cấp cho nông dân liệu thông tin theo thời gian thực lúc nơi đất họ 14 Từ lợi ích việc ứng dụng IoT nơng nghiệp thơng minh rút kết luận rằng, nay, in (inch) đất canh tác quan trọng để tối đa hóa sản lượng trồng Vì vậy, cần phải tập trung vào phương pháp trồng trọt thông minh hơn, tốt hiệu để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày tăng dân số Việt Nam Tuy nhiên, để giải inch đất canh tác cách phù hợp đây, việc sử dụng cảm biến công nghệ truyền thông dựa IoT khơng phải là “một lựa chọn” nữa mà là “một điều cần thiết” IoT nông nghiệp đề cập đến hàng tỷ thiết bị vật lí khắp giới kết nối với mạng internet, thu nhập, truyền tải, trao đổi thông tin chia sẻ liệu Cho phép thiết bị vật lí giao tiếp với mà không cần tham gia trực tiếp từ người IoT nông nghiệp thiết bị thông minh, cảm biến nối với điều khiển tự động suốt trình vận sản xuất canh tác góp phần tránh bị biến đổi khí hậu hiệu ứng nhà kính Thêm vào đó, ứng dụng IoT nông nghiệp giúp nâng cao sản lượng chất lượng sản phẩm, giảm sử dụng tài nguyên chi phí, tối ưu hóa quy trình sản xuất Đồng thời, đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng Với mô hình nơng nghiệp đại, việc áp dụng IoT nơng nghiệp xu hướng tồn cầu IoT khơng giúp gia tăng suất chất lượng, giảm chi phí tài ngun mà cịn thu nhập, chuyển đổi số liệu, tổng hợp phân tích thống kê Hiện nay, đất nông nghiệp bị quy hoạch để đầu tư vào dự án, khai thai tài ngun, khu cơng nghiệp,… Làm cho diện tích đất nơng nghiệp ngày giảm Song song với nhu cầu lương thực thực phẩm giới ngày tăng Đất đai ngày xuống khâu canh tác không kỹ thuật, thiếu khoa học, cộng thêm biến đổi khí hậu Trước tình hình đó, ứng dụng IoT vào nơng nghiệp đời giúp người nơng dân kiểm sốt, theo dõi sản phẩm điều kiện tình hình canh tác theo thời gian thực IoT nông nghiệp thu nhập thông tin, số liệu dự đoán trước vấn đề dịch bệnh, phát triển cây,… Để người nông dân đưa định kịp thời Áp dụng IoT vào nông nghiệp giúp tiết kiệm thời gian cơng sức lao động thơng qua quy trình tự động hóa Như tưới cây, bón phân, robot thu hoạch tự động 15 Đáp ứng nhu cầu lượng thực việc thị hóa ngày tăng Các mơ hình trồng cây, rau nhà kính thủy canh đời dựa IoT nông nghiệp để cung ứng kịp thời cho thị trường sản phẩm loại trái rau ngắn ngày ví dụ xà lách, rau muống, dâu tây Hệ thống nông nghiệp thơng minh kết hợp với chu trình khép kín cho phép trồng trọt nơi ban công, sân thượng,… để phục vụ cho đời sống ngày Với hỗ trợ từ công nghệ thông minh IoT ứng dụng vào nông nghiệp giúp theo dõi dự đoán thay đổi thời tiết, độ ẩm, chất lượng khơng khí, tình hình phát triển dịch bệnh vườn Nhờ tiện ích đó, môi trường sống phát triển giai đoạn mức lý tưởng Qua đó, giúp phát triển nhanh chóng bị sâu bệnh hại. Ứng dụng IoT nông nghiệp lập trình sẵn chế độ để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước, đất đai, lượng Thực canh tác dựa hệ thống cảm biến giúp người nông dân phân bổ tài nguyên đồng xác, giúp tiết kiệm chi phí đem lại hiệu cao Hệ thống IoT nông nghiệp ứng dụng không giúp giảm thiểu việc sử dụng tài nguyên mà giảm thiểu sử dụng thuốc trừ sâu phân bón hóa học Điều hướng đến sản phẩm cuối tới người tiêu dùng đảm bảo an tồn Hình thức sản xuất nông nghiệp dựa công nghệ đại thông minh giúp gia tăng sản lượng chất lượng Như việc sử dụng cảm biến, giám sát máy bay không người lái lập đồ trang trại để theo dõi phát triển tình hình sâu bệnh 2.3.2 Ứng dụng IoT việc giám sát mơ hình trồng nấm rơm nhà kính Mơ hình giám sát mơ hình trồng nấm rơm nhà kính với cơng nghệ IoT - Internet vạn vật có khả giám sát thơng số mơi trường điều khiển thiết bị liên quan, đảm bảo tạo điều kiện tốt cho nấm phát triển, đạt suất cao Cơng nghệ thay người trồng chăm sóc nấm, theo dõi báo cáo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nồng độ CO2, bốn yếu tố quan trọng tác động đến suất, chất lượng sản phẩm Trong nhà trồng gắn cảm biến không dây để giám sát Các liệu đo từ cảm biến truyền đến phận hộp chủ có lắp Internet cập nhật liên tục lên hệ thống đám mây Cloud Người sử dụng tương tác điều khiển qua thiết bị điện tử 16 Nhà trồng trang bị hệ phun sương, quạt, đèn led giúp điều chỉnh thông số môi trường Nếu cảm biến xác nhận độ ẩm nhà trồng thấp so với thông số chuẩn cài đặt, hệ thống tự động bật quạt phun sương để cân bằng, bật đèn led nhận biết ánh sáng khơng đủ Người sử dụng thiết lập thơng số theo lựa chọn Giao diện điều khiển điện thoại hay máy tính cho phép người sử dụng tắt, bật thiết bị, hẹn giờ, tạo thời gian biểu cho mùa vụ theo ngưỡng phù hợp cho giai đoạn sinh trưởng phát triển nấm, dù nơi đâu Hệ thống tự điều chỉnh ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ, CO2 nhà, giúp trồng nấm quanh năm với suất đặn Công nghệ giúp tiết kiệm nhân công, ổn định suất chất lượng cho sản phẩm đầu ra, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết điều chỉnh thời điểm thu hoạch nấm Mơ hình trồng nấm truyền thống phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người trồng điều kiện tự nhiên, thời tiết biến đổi gây thất thu Ứng dụng công nghệ giúp người kinh nghiệm trồng nấm quanh năm Phương pháp trồng truyền thống có chi phí rẻ lúc đầu, lại tiềm ẩn rủi ro, phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trong ứng dụng công nghệ bản, dù tốn suất ổn định 2.4 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm nhà kính -Giới thiệu cơng nghệ: Mơ hình giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm nhà kính gồm có: Hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm mơ hình trồng nấm rơm qua nút nhấn gắn mơ hình Sau đó, liệu cảm biến, trạng thái hoạt động thiết bị hiển thị hình LCD mơ hình đồng thời gửi lên Internet Hệ thống mở rộng bao gồm: Hệ thống điều khiển mơ hình từ xa thơng qua Internet, hiển thị trạng thái hoạt động thiết bị, liệu cảm biến cho phép người dùng chọn chế độ giám sát điều khiển từ xa theo dõi điều khiển trực tiếp Khi chuyển chế độ hoạt động web thơng qua Internet phần cứng chuyển đổi chế độ hoạt động theo, đồng thời thay đổi liệu hiển thị hình LCD mơ hình Bên cạnh mơ hình hoạt động theo lệnh người dùng thông qua Internet mà gặp cố mạng hệ 17 thống tự động thiết lập thông số theo chế độ hoạt động tự động gần gửi tin nhắn SMS cho người dùng Hệ thống có hệ thống cảnh báo nhiệt độ, gửi tin nhắn khi gặp cố điều khiển tin nhắn, tra cứu thơng tin hệ thống tin nhắn Ngoài hệ thống cịn có khả bảo vệ lại mạch tắt hết thiết bị gặp cố chuyển chế độ tự động mạng tránh trường hợp không mong muốn xảy -Sơ đồ khối mơ hình KHỐI ĐIỀU KHIỂN - HIỂN THỊ KHỐI WIFI/ INTERNET KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM KHỐI WEBSERVER KHỐI RELAY KHỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH KHỐI CẤP NGUỒN Hình Sơ đồ khối mơ hình Chức khối: 18 KHỐI CẢM BIẾN Khối xử lý trung tâm: Thu thập liệu từ cảm biến, từ khối điều khiển hiển thị, khối giao tiếp wifi sau xử lý điều khiển khối điều khiển - hiển thị, khối relay cung cấp tín hiệu ngỏ cho khối chấp hành Khối điều khiển - hiển thị: Cho phép người dùng quan sát theo dõi thông số môi trường, thao tác điều khiển trực tiếp mơ hình Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn hoạt động hệ thống bao gồm: khối xử lý trung tâm, khối giao tiếp wifi, khối điều khiển trực tiếp hiển thị, khối cảm biến, khối relay khối chấp hành Khối giao tiếp wifi: Để giao tiếp khối điều khiển trung tâm server, khối trung gian để nhận gửi liệu điều khiển từ web điều khiển thiết bị mơ hình Khối webserver: Xây dựng giao diện web để hiển thị, lưu trữ liệu, đồng thời cho phép người dùng thao tác, điều khiển gián tiếp hệ thống thông qua wifi Khối cảm biến: Bao gồm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, mực nước, có nhiệm vụ thu thập nhiệt độ độ ẩm mơi trường mơ hình gửi cho khối xử lý trung tâm để dựa vào để điều khiển giám sát mơi trường mơ hình Khối relay: Đóng ngắt tiếp điểm theo điều khiển ngõ Arduino Nano để điều khiển thiết bị Cách li mạch công suất mạch điều khiển Khối chấp hành: Gồm thiết bị nhận điều khiển khối xử lý trung tâm thông qua khối relay để điều chỉnh thơng số mơi trường mơ hình - Tính tốn thiết kế Khối xử lý trung tâm: Được xem phần quan trọng hệ thống Khối có chức tiếp nhận xử lý tín hiệu ngõ vào thu từ cảm biến, tín hiệu điều khiển truyền nhận liệu từ web để xử lý điều khiển thiết bị khối chấp hành thông qua khối relay đưa khối điều khiển trực tiếp hiển thị để người dùng theo dõi Toàn hoạt động điều khiển hệ thống thông qua khối xử lý trung tâm Với yêu cầu trên, có nhiều lựa chọn nhiều phân khúc khác dòng PLC Siemens, Panasonic, … Tuy nhiên với yêu cầu tiện dụng dễ sử dụng, sức mạnh vừa đủ cho tác vụ xử lý giá hợp lý nên khối vi xử lý dùng Arduino Nano sử dụng chip ATmega328 (họ 8bit) Nó có chân analog I/O 14 chân Digital I/O, thạch anh dao động 16MHz, kết nối USB, jack cắm điện, nhớ flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB Nó chứa tất thứ cần thiết để tạo thành khối xử lý trung tâm với đầy đủ port 19