Đồ án viễn thông 2 Đề tài ứng dụng công nghệ iot trong hệ thống tưới trong nông nghiệp

a Khải niệm loT Internet of Things hay con gọi là Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet, là một liên mạng tro

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ

Bộ môn: Điện tử viên thông

DO AN VIEN THONG 2

Dé tai: UNG DUNG CONG NGHE IOT TRONG HE THONG

TƯỚI TRONG NÔNG NGHIỆP

Nguyễn Trường Giang

Nguyễn Thị Hiền

Thái Nguyên 2024

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay , xã hội đã và đang dần phát triển và tiến bộ hơn , việc đó kh theo nhu cầu sản xuất và sinh hoạt ngày càng tăng mạnh Tuy nhiên , cùng với đó thì hiện tượng biến đổi khí hậu đang ngày càng trở lên rõ rệt cũng như trò lên khó lường hơn , điều

đó ảnh hướng đến ngỗn cung cấp nước cũng như chất lượng nguồn nước Đặc biệt là với một đất nước nông nghiệp thì nước đóng vai trò vô cùng quan trọng Tuy nhiên , tùy từng loại cây khác nhau mà lại có các chế độ tưới khác nhau cũng như thay đổi từng chế độ tưới theo ting giai doan lai cần một lượng nước , một chế độ tưới khác nhau,

Từ những nhụ cầu như trên , hiện nay đã có nhiều hệ thống tưới đã được xây dựng như

hệ thống tưới phun sương , tưới nhỏ giọi „ Tuy nhiên , các hệ thống này hiện tại vẫn

là các hệ thống điều khiến bật - tắt trực tiếp hoặc từ xa của người dùng , việc thiết lập các thông số còn phức tạp , nhiều thao tác Một số hệ thống có thê đáp ứng tốt yêu cầu dat ra la giam sát và tưới nước cho cây trồng thì lại được nhập khẩu từ nước ngoài với

chi phí không nhỏ , việc vận hành , thiết lập hệ thống phức tạp Vì vậy , em đề xuất đề

tài của đồ án tốt nghiệp “ Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiến hệ thống tưới cho cây chè "

Chân thành cảm ơn sự quan tâm và hỗ trợ của PGS.TS Đảào Huy Du trong quá trình

xây dựng và thực hiện đề tài nảy

Sinh viên thực hiện

Trần Minh Dịu

Nguyễn Thị Hiền

Mục lục

Chương 1 TỎNG QUAN HỆ THÓNG IOT

1.1 Tổng quan về hệ thống IoT trong viễn thông

1.1.1 Khái niệm và giới thiệu hệ thống IoT trong viễn thông

a) Khải niệm

loT (Internet of Things) hay con gọi là Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet, là một liên mạng trong đó các thiết bị, phương tiện (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông minh") được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cầu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị nay có thế tự thu thập

và truyền tải dữ liệu [1]

b) Giới thiệu hệ thống IoT trong viễn thông:

loT có tiềm năng thay đổi nhiều ngành và lĩnh vực khác nhau trong đó có cả viễn thông

ỨNG DỤNG &

NEN TANG PHÁI SINH

LPWAN else Stn

Gateway

Hình 1.1 Nên tảng cơ bản của hệ thông IOT Viễn thông có nhiệm vụ truyền tải thông tin bằng nhiều hệ thông khác nhau chẳng hạn như truyền dẫn quang, truyền dẫn vô tuyến hay các hệ thông truyền dẫn tiên tiến khác

như truyền dẫn internet qua vé tinh Lĩnh vực viễn thông cho phép giao tiếp và kết nối

trên toàn thế giới, và các giải pháp IoT có thể tăng cường và mở rộng khả năng và dịch

vụ Của nó

Các lĩnh vực ứng dụng loT rất đa dạng và ngày càng được mở rộng: trong công

nghiệp, nông nghiệp, giao thông, y tế, nhả thông minh, quản lý năng lượng, điện,

nước, chính phủ số, đặc biệt là các ứng dụng rộng lớn trong phát triển thành phố thông minh

Với việc kết nối hàng chục tỉ thiết bị ở quy mô rộng lớn trên môi trường Internet, thậm chí không phân biệt vùng quốc gia lãnh thổ, công nghệ IoT được cho là cơ hội thứ ba của các nhà mạng viễn thông, sau nhiều thập ký dịch vụ thoại và dữ liệu đã gan bão hòa, cho phép các công ty viễn thông tạo ra các luồng doanh thu mới, giữ chân cũng như thu hút khách hàng mới với các dịch vụ mới

Trong hệ sinh thái loT, nhà mạng viễn thông có lợi thé và vai trò lớn ở phần kết nỗi và

nên tảng với một số điểm nổi bật như: Cung cấp mạng băng rộng cô định toàn quốc;

Kết nối mạng di động NB-loT, LTE-M, thuê bao M2M; IoT Platform cap dé nha

mạng, máy chủ đặt trong nước; Hạ tầng điện toán đám mây/ điện toán biên; AI và bigdata cấp độ nhà mạng

Trong hệ thống loT lĩnh vực viễn thông không chỉ đóng vai trò chủ yếu giúp kết nối, giao tiếp và truyền tải thông giữa các thiết bị mà thông qua việc triển khai các thiết bị

và ứng dụng hỗ trợ IoT chúng trở thành hệ sinh thái thông minh tạo điều kiện thuận lợi

cho việc thu thập, phân tích và ra quyết định dữ liệu theo thời gian thực

Sự kết hợp của IoT và viễn thông đã mở ra một làn sóng chuyển đôi mạnh mẽ giữa các

ngành công nghiệp Tác động của IoT trong viễn thông vượt xa kết nối đơn thuần Nó

cách mạng hóa cách thức hoạt động của các doanh nghiệp, nâng cao trải nghiệm của khách hàng và thúc đây sự đổi mới

1.1.2 Những ứng dung của loT trong viễn thông

Công nghệ IoT đã phát triển được một khoảng thời gian dài vì vậy nó có mặt trong rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như tự động hoá, trí tuệ nhân tạo hay nông nghiệp Trong viễn thông, loT đóng góp rất nhiều ứng dụng như:

® Tăng cường kết nối và tôi ưu hóa mạng Thông qua việc tích hợp các cảm biến, thiết bị và hệ thống hỗ trợ loT, mạng viễn thông trở nên thông minh và hiệu quả hơn Kết nối nâng cao này cho phép trao đôi dữ liệu theo thời gian thực và cho phép ra quyết định thông minh

Ví dụ, các cảm biến loT được nhúng trong cơ sở hạ tầng có thế giám sát hiệu suất mạng, xác định tắc nghẽn và tối ưu hóa định tuyến dữ liệu, đảm bảo kết nối đáng tin cậy và không bị gián đoạn

® Cải thiện hiệu quả hoạt động và tiết kiệm chỉ phí

Các dịch vụ IoT trao quyền cho các nhà cung cấp viễn thông hợp lý hóa hoạt động, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả Với các thiết bị và ứng dụng hỗ trợ loT, các nhà khai thác mạng có thể giám sát và quản lý từ xa cơ sở hạ tầng của họ, xác định và giải quyết các vấn đề một cách chủ động Điều này dẫn đến hiệu suất mạng được cải thiện, giảm thời gian chết và phân bô tải nguyên được tối ưu hóa

Hơn nữa, phân tích dữ liệu IoT cung cấp những hiểu biết có giá trị về các mô hình sử dụng mạng, cho phép các công ty viễn thông tôi ưu hóa việc lập kế hoạch dung lượng,

triển khai mạng và lịch trình bao tri, dẫn đến tiết kiệm chi phí đáng kế

® Phân tích dữ liệu nâng cao và bảo trì dự đoán Khối lượng dữ liệu khổng lề được tạo ra bởi các thiết bị và cảm biến được kết nối của

loT Thông qua phân tích dữ liệu lớn tiên tiến, các công ty viễn thông có thể phân tích

các mẫu, xu hướng và hành vi của khách hàng, cho phép họ đưa ra quyết định dựa trên

dữ liệu đề tối ưu hóa mạng, cải tiễn địch vụ và chiến lược tiếp thị được nhắm mục tiêu Ngoài ra, loT cho phép bảo trì dự đoán, cho phép các nhà cung cấp xác định và giải quyết các sự có mạng tiềm ân trước khi chúng leo thang, giảm thiểu thời gian chết và cải thiện độ tin cậy tông thể của mạng

® Nâng cao trải nghiệm khách hàng và dịch vụ được cá nhân hóa Công nghệ loT trong viễn thông mở ra con đường mới để cung cấp các dịch vụ được

cá nhân hóa và nâng cao trải nghiệm của khách hàng Bằng cách tận dụng dữ liệu được thu thập từ các thiết bị loT, các nhà cung cấp viễn thông có thể hiểu sâu hơn về sở thích, hành vi và nhu cầu của khách hàng Điều này cho phép họ cung cấp các dịch vụ

phù hợp, đề xuất được cá nhân hóa và hỗ trợ chủ động

Ví dụ: các dịch vụ nhà thông minh được hỗ trợ bởi loT cho phép khách hàng điều khiển thiết bị gia đình của họ từ xa, tùy chỉnh cải đặt và nhận cảnh báo hoặc thông báo dựa trên sở thích của họ Cá nhân hóa làm tăng niềm tin và độ tín cay cua người tiêu

dùng [2|

c)_ Một số các công nghệ truyền dẫn thường sử dụng trong loT

Để tạo nên hệ thống thông minh hoặc hệ thống loT cần kết nối các thiết bị, cảm biến, module với nhau, loT sử dụng các công nghệ của viễn thông đề truyền dẫn tiêu biểu như:

¢ WiFi - Truyền dẫn tốc độ cao WiFi la một tiêu chuẩn được sử dụng nhiều trong loT bởi nó có hiệu suất truyền dẫn

lớn, độ trễ thấp, có thể kết nói nhiều thiết bị loT trong mạng WiEi vả chỉ phí rẻ Tuy

vậy nhược điểm cua WiFi là vùng phủ sóng hẹp do vậy chỉ phù hợp với các ứng dụng truyền sóng ngắn đến các hệ thông hoặc thiết bị IoT

e 4G, 5G— Công Nghệ Truyền Dẫn Tiên Tiến Mang 4G, 5G là một trong những công nghệ truyền dẫn viễn thông tiên tiến nhất hiện nay 5G mang lại tốc độ cao, độ trễ thấp và khả năng kết nối hàng tý thiết bị đồng thời, 4G tuy tốc độ thấp hơn 5G nhưng độ phủ sóng rất cao Ở Việt Nam, triển khai 5G đã

đang diễn ra mạnh mẽ Điều này không chỉ cải thiện trải nghiệm của người dùng thông

qua tải dữ liệu nhanh hơn, mà còn tạo ra cơ hội cho ứng dụng mới như tự động lái xe,

y tế thông minh và công nghiệp 4.0

® Mạng LoRa - Giải Pháp Kinh Tế cho loT Mạng LoRa (Low-Rank Wireless Network) là một giải pháp kinh tế cho Internet of Things (IoT) LoRa sử dụng tần số thấp để truyền dữ liệu từ các thiết bị IoT đến các

trạm cơ sở Điều này giúp tiết kiệm năng lượng vả phạm vi phủ sóng rộng lớn Tính

năng này làm cho LoRa trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng như theo dõi vị trí, cảm biến môi trường vả nông nghiệp thông minh [3]

® Mạng NB-loT - Điều Khiển Các Thiết Bị loT

Mang NB-IoT (Narrowband Internet of Things) là một công nghệ truyền dẫn viễn

thông thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng IoT NB-IoT cung cấp khả năng kết nối ôn

định và đáng tin cậy cho các thiết bị IoT, đặc biệt trong điều khiên từ xa và theo dõi

vién thong trong IoT

Với sự phát triển của các công nghệ dành riêng cho loT như NB-loT, Zipbee đã cho thấy tiềm năng phát triển của loT trong viễn thông rất lớn và vai trò quan trọng của việc truyền dẫn giữa hai lĩnh vực viễn thong va IoT

d) Những thách thức triển khai IoT trong viễn thông

Việc phát triển các công nghệ loT mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng đem lại nhiều

vấn đề cho lĩnh vực viễn thông cần giải quyết bao gồm:

® Môi quan tâm về bảo mật và quyền riêng tw

Bảo mật và quyên riêng tư là tối quan trọng trong việc triển khai IoT Các công ty viễn thông phải ưu tiên phát triển và thực hiện các biện pháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ chống lại truy cập trái phép, vi phạm dữ liệu và các mối đe dọa mạng.Điều này liên quan đến việc thực hiện mã hóa mạnh mẽ, cơ chế xác thực và các giao thức an toàn Kiểm tra và đánh giá bảo mật thường xuyên cũng rất quan trọng để xác định các lỗ hồng và đảm bảo vệ liên tục Bằng cách chủ động giải quyết các mối quan tâm về bảo mật và quyền riêng tư, các công ty viễn thông có thể thấm nhuan niềm tin vào khách hàng của họ và đảm bảo tính bảo mật và toàn vẹn của dữ liệu được truyền qua mạng của họ

e Kha nang mở rộng và yêu cầu cơ sở hạ tầng

loT đòi hỏi sự kết nối của một số lượng lớn các thiết bị, dẫn đến sự căng thăng gia tăng trên các cơ sở hạ tầng mạng hiện có Các công ty viễn thông phải đảm bảo rằng mạng của họ có khả năng xử lý sự tăng trưởng theo cấp số nhân trong lưu lượng đữ

liệu và kết nói thiết bị

Mữỡ rộng cơ sở hạ tầng để đáp ứng số lượng thiết bị IoT ngày càng tăng, quản lý yêu cầu băng thông và tối ưu hóa hiệu suất mạng là những cân nhắc quan trọng Điều này thường liên quan đến việc nâng cấp dung lượng mạng, triển khai khả năng tính toán biên và nắm bắt các công nghệ như 5G dé hé tro khéi lượng đữ liệu cao và yêu cầu độ trễ thấp của các ứng dụng IoT

® Quản lý dữ liệu lớn

Sự ra đời của các giải pháp IoT gắn liền với công việc với khối lượng đữ liệu cao Và

đó là một trong những thách thức đối với các nhà khai thác viễn thông ngày nay muốn cung cấp dich vu IoT Dé đối phó với nhiệm vụ này, họ cần sử dụng các nền tảng điện toán có thể mở rộng sẽ không ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất của ứng dụng [2]

Sự phát triển của loT trong viễn thông đem lại nhiều lợi ích và thử thách, cần giải quyết những thử thách được đặt ra giúp tạo điều kiện cạnh tranh với những ngành nehè, lĩnh vực khác trong tương lai

1.2 IoT trong công nghiệp

1.2,1 loT' công nghiệp

loT công nghiệp( IioT- Industrial Internet of Things) bao gồm các thiết bị, cảm biến ứng dụng và thiết bị mạng liên kết hoạt động cùng nhau để thu thập, giám sát và phân tích dữ liệu từ các hoạt động công nghiệp Còn được gọi là Internet công nghiệp hoặc Công nghiệp 4.0, lioT su dung sức mạnh của máy móc thông minh và phân tíchthowIf gian thự để tận dụng đữ liệu đã tạo ra trong môi trường công nghiệp trong nhiéu nam HoT đề cập đến việc mở rộng và sử dụng Internet vạn vật(IoT) trong các lĩnh vực và ứng dụng công nghiệp Với sự tập trung mạnh mẽ vảo giao tiếp giữa máy với

máy(M2M), dữ liệu lớn và máy học, IioT cho phép các nghành công nghiệp và doanh nghiệp đạt được hiệu quả và độ tin cậy cao hơn trong hoạt động của họ

1.2.2 Các tính năng chính của IoT' công nghiệp(IoT)

1.2.2.1 Cảm biển

Công nghệ loT có sự khác biệt với việc sử dụng các cảm biến Nó là trai tim của hệ thông loT Các trường hợp sử dụng công nghiệp yêu cầu các cảm biến ôn định và chắc chắn hơn đề đọc liên tục và tự hiệu chuẩn

Thông thường, chúng được gọi là cảm biến trực tuyến và nội tuyến Do bản chất tuổi thọ của các cảm biến này đắt tiền Các cảm biến này và công nghệ IoT chuyển đổi một mạng thụ động tiêu chuẩn thành một hệ thống tích cực đồng hóa để hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp

1.2.2.2 Khả năng kết nổi

loT công nghiệp yêu cầu tốc độ kết nối để gửi và nhận dữ liệu một cách liền mạch Các công nghệ khô dây hiện đại như 4G/5G, LORAWAN, NE-loT, e-SIM cho phép kết nối mạng và kết nối loT để đàng và nhanh hơn Ngoài ra, yêu cầu loT từ xa cần thời lượng pin lâu hơn để giữ cho cảm biến hoạt động, các công nghệ không dây truyền thống như Wifi và Bluetooh đòi hỏi năng lượng pin cao đề hoạt động

loT trong công nghiệp thúc đây các công nghệ không dây mới hơn đề giữ cho các thiết

bị từ xa hoạt động trong thời gian dải hơn Ngoài ra, giao tiếp LPWAN( WAN công

suất thấp) là riêng đó, nó trở nên hiệu quả về chỉ phí

1.2.2.3 Truyền dữ liệu và phân tích

loT có thê biến bắt cứ thứ gì thành thông minh Đề làm cho mọi thứ và máy móc thông minh hơn, càn phải có tư duy phân tích và xử lý sâu hơn Nền tảng IoT công nghiệp nên bao gồm công cụ xử lý và truyền đữ liệu tốc độ cao ở cấp độ cạnh để áp dụng khả năng tư duy phân tích để làm cho hệ thống hoặc máy móc trở nên thông minh

Các triển khai IoT truyền thống về bản chất là thế hệ mét lịch sử nhưng HoT yêu cầu khả năng Máy học (ML) và Trí Tuệ nhân tạo (AI) tien tiến để hỗ trợ các trường hợp sử dụng công nghiệp phức tạp

1.2.2.4 Tích hợp

Ngoài cảm biến đữa liệu, thu thập, chuẩn hóa đữ liệu và đo lường Tích hợp ứng dụng

là một tính năng rất cần thiết trong nền tang IioT để xuất dữ liệu thông minh cho các

ứng dụng kinh doanh Mỗi nền tảng IioT phải có nhiều kết nối hoặc tích hợp ứng dụng khác nhau đề gửi dữ liệu đến ứng dụng doanh nghiệp

1.2.2.5 Tự động hóa

Ngoài việc thu thập đữ liệu, Iiot còn khác biệt với nền tảng loT truyền thông bằng cách cung cấp các khả năng tự động hóa Tự động hóa là những cách hiện đại để giảm thiểu

nỗ lực thủ công và nhân lực để kiểm soát các quy trình hoạt động

Nền tảng IHioT có tính năng tự động hóa giúp kích hoạt các quy trình tự động dựa trên các đữ liệu cảm biến Tự động hóa có thê đạt được bằng cách gửi hướng dẫn đến máy móc hoặc những thứ thông minh đề thực hiện nó

1.3 Các công nghệ chính cua IoT

® Trí tuệ nhân tạo(AI) và mây học(ML)

® Công nghệ an ninh mạng

® Điện toán đâm mây

® Điện toàn biên

® Khai thác dữ liệu

1.4 Vai trò của CNTTT trong loT công nghiệp

® Một mạng lưới dang tin cay Các tổ chức ngày cầng phụ thuộc nhiều hơn vào số lượng và chất lượng dữ liêuh mà

họ nhận được từ hoạt động của mình CNTT phải cố gắng đảm bảo rằng một mạng đáng tin cậy có đủ dung lượng băng thông để có thể truyền dữ liệu nhạy cảm về thời gian mà không bị chậm trễ đến các ứng dụng trong trung tâm đữ liệu hoặc đám mây

Mạng kết nối các thiết bị và cảm biến lioT cần hỗ trợ các kênh vật ly da dạng Ví dụ: Mặc dù cap Ethernet có thê kết nói các thiết bí thường thấy trong nhà máy, các công nghệ không dây như 5G, 4G,LRE, NFC,NB-IOT, LoRaWAN, Bluetooh cũng có thé được yêu cầu đề kết nói

® Kiểm soát mạng thông minh Mang cho liot phải được duy trì ở mức độ sẵn sảng cao Các thiết bị liot có thể rất nhiều và trải rộng trên một khu vực địa lý rộng lớn, nhưng bộ điều khiến mạng có thé

tự động hóa việc triển khai thiết bị mạng và giữ cho cấu hình nhất quán và cập nhật

chương trình cơ sở

Nó cũng có thể giúp đảm bảo rằng các thiết bị đang hoạt động theo mong đợi- và hướng dẫn quan trị viên thực hiện các hành động khắc phục nếu không Các bộ điều khiến mạng đã từng phục vụ tốt cho CNTT trước đây có thê phục vụ tốt cho IioT

® Báo mật cho các tài nguyén quan trong Khi mạng CNTTT và HoT hội tụ, các phương pháp bảo mật cũng phải hội tụ Bảo vệ IioT được thực hiện tốt nhất với một giải pháp bảo mật tích hợp, toàn diện hơn là vô số các sản phâm điểm Các công cụ được bảo mật đã được chứng minh tương tự mà CNTT đã triển khai trong nhiều năm cũng có thé mang lai lot ich cho LioT

1.5 Tại sao nên cân nhắc áp dụng IoT trong công nghiệp?

loT trong công nghiệp cho phép các tô chức nhận được vô số đữ liệu có thể hành động

từ hoạt động của họ Khi được tông hợp và phân tích đúng cách, đữ liệu sẽ giúp họ kiểm soát hoạt động tốt hơn, với khả năng:

® Cải thiện sự an toàn của người lao động

® Tăng thời p1an hoạt động sản xuất bằng cách bảo trì dự đoán mây móc

¢ Duy tri chất lượng sản phẩm

® Giúp đảm bảo tuân thủ quy định

® Nâng cao hiệu quả hoạt động

© Tăng tốc thời gian phản hồi nhờ thu thập và xử lý dữ liệu hoạt động theo thời oIan thực

Một trong những lợi ích lớn nhất của internet vạn vật công nghiệp là khả năng giảm thiểu lỗi của con người và lao động chân tay Hai ếu tổ chúng em đề cập là rất quan trọng đối với mục đích của lioT: hiệu quả và giảm chi phí ( về mặt tiết kiệm tiền và

thời gian) Đây là những yếu tô chính mả các công ty mong đợi khi triển khai loại hình

công nghệ nay

Khả nang thu thập dữ liệu, phân tích đữ liệu và sau đó thực hiện các hành động thích hợp dựa trên kết quả về cơ bản là tất cả những øì loT thực hiện, cho đù cho mục đích tiêu dùng hay công nghiệp Mục tiêu của lioT cũng không phải là thay thế hoàn toàn công việc của con người, mục tiêu của nó là nâng cao vả tối ưu hóa nó

1.6, loT trong nông nghiệp thông minh

Hệ thống loT trong nông nghiệp là một mạng lưới thiết bị thông minh, được kết nối vả

thu thập dữ liệu từ các cảm biến, máy móc, trang thiết bị và hệ thống giám sát khác, từ

đó phân tích và chuyến đổi đữ liệu thành thông tin hữu ích để hỗ trợ cho quản lý và hoạt động trong ngành nông nghiệp

Hệ thống này được thiết kế để giúp nông dân và doanh nghiệp nông nghiệp quản lý

các hoạt động như sản xuất, chăm sóc và theo dõi cây trồng, động vật, điều kiện thời tiết, tưới tiêu, chất lượng đất và nước, và nhiều hơn nữa Các đữ liệu thu thập từ hệ thông loT có thể được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chỉ phí, tang nang suat va nang cao chất lượng sản phâm

ni =”

HE THONG IOT TRONG NONG NGHIEP

—

Hình 1.3 Một số ứng dụng loT trong nông nghiệp

Sự xuất hiện, khả năng triển khai và tốc độ tăng trưởng của kỹ thuật Vạn vật kết nối Internet (Internet of Things) IoT, các thiết bị tạo kết nối truyền tin này đã tấn công và xuất hiện trong gan như tất cả mọi mặt của đời sống hiện đại, từ chăm sóc sức khoẻ đến tập luyện thể thao, từ các thiết bị tự động trong gia đình đến các phương tiện giao thông không người lái, từ phương tiện giao thông cá nhân đến các hệ thông kho vận

quy mô toàn cầu, từ các đô thị thông minh đến những khu công nghiệp hiện đại

chúng ta đều thấy rõ ràng sự đóng góp của IoT

loT đã vượt qua giới hạn là các thiết bị kết nối vật lý đơn thuần, các thiết bị loT đã xác định được chỗ đứng và vai trò quan trọng trong tất cả các ứng dụng nông nghiệp Dựa trên những lợi thế đặc biệt, loT góp phần cải thiện và thay đổi gần như hoàn toàn nhiều khía cạnh khác nhau trong nông nghiệp Làm sao để một người nông dân đến thời điểm hiện tại vẫn phụ thuộc vào sức kéo gia súc và chiếc cày gỗ trong khi trên cánh đồng đã bắt đầu xuất hiện những máy móc tự động vận hành không cần người điều

khiển và quan trọng hơn, các loại máy móc nảy không còn là sản phẩm của các bộ

phim khoa học viễn tưởng nữa mà chúng đã bắt đầu phục vụ cho chính những người

nông dân

Nông nghiệp là lĩnh vực có nhiều cơ hội đã ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ,

thực tiễn chúng ta đã chứng kiến sự thay đổi mạnh mẽ của công nghệ nông nghiệp

trong vài thập ký qua, nông nghiệp có sự chuyên đổi theo hướng công nghiệp hoá và

thay đôi theo hướng công nghệ Với việc sử dụng rất nhiều các công cụ nông nghiệp

thông minh, những người nông dân có trong tay các giải pháp kiểm soát tốt hơn các quá trình vận hành trong nông nghiệp như trồng trọt các loại cây lương thực, chăn nuôi gia súc, xử lý nông sản, kho vận và phân phối Những yếu tố mang tính bất thường trong nông nghiệp trước đây đã trở thành các yếu tố có khả năng tính toán trước và cải thiện được hiệu quả của tất cả các quá trình thực thị

Cùng với đó là nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm nông nghiệp chất lượng ngày càng tăng của con người cũng góp phần thúc đấy, quá trình ứng dụng các kỹ thuật công

nghệ cao để hình thành những cánh đồng thông minh nhằm thoả mãn nhu cầu cũng như đáp ứng được với tốc độ tăng dân số trên toàn thế giới

1.6.1 Khái niệm nông nghiệp thông minh

Có nhiều cách đê đưa ra khái niệm hay định nghĩa về nông nghiệp thông minh (Smart

Agriculture), néu xét trén khía cạnh ứng dụng các giải pháp IoT trong nông nghiệp chúng ta có thê hiểu một cách đơn giản rằng, đó là nền nông nghiệp sử dụng kỹ thuật

và các cảm biến loT phục vụ cho việc thu thập thông tin về khí hậu, môi trường, đo đạc, theo dõi các hệ thống phân tích thông tin sẽ hỗ trợ tốt hơn cho người vận hành

nông nghiệp, người nông dân đưa ra các quyết định chính xác, cải thiện hiệu qua tat ca các khía cạnh cần thực thi trên cánh đồng trong lĩnh vực nông nghiệp bao gồm cả chăn

nuôi và trồng trọt

Ví dụ, bằng cách sử dụng các cảm biến nông nghiệp thông minh để theo dõi liên tục các giai đoạn phát triên của cây trồng, người nông dân có thê xác định chính xác chủng loại sâu bệnh để sử dụng đúng loại thuốc trừ sâu, xác định đúng nhu cầu dinh dưỡng

để bón chính xác loại phân mà cây trồng đang cần, tất cả đều được áp dụng với tỷ lệ tối ưu nhằm đạt hiệu quả cao nhất Đây cũng là một khía cạnh xét tới trong các định nghĩa về nông nghiệp thông minh

Mặc dù nông nghiệp thông minh trên nền tảng loT nói riêng, cũng như ngảnh loT nói chung chưa phô biến dưới dạng các thiết bị kết nối thông thường, nhưng thị trường này vẫn rất năng động Việc ứng dụng các giải pháp loT trong lĩnh vực nông nghiệp tăng trưởng liên tục Thêm vào đó, sự xuất hiện của đại dịch COVID-19 cũng ảnh hưởng tích cực đến việc tăng trưởng thị phần của loT trong lĩnh vực nông nghiệp

we —*

Hinh 1.4 Ung dung hé thong IoT

Vẫn còn nhiều người thắc mắc là tại sao chúng ta lại đánh giá thị trường phát triển ứng

dụng IoT cho nông nghiệp là lĩnh vực có cơ hội phát triên mạnh nhất? Câu trả lời sẽ rõ

hơn khi chúng ta xem xét những lợi thế và khả năng định hình lĩnh vực nông nghiệp thông minh của kỹ thuật vạn vật kết nối Internet loT Thực tiễn cho thấy các kỹ thuật

công nghệ mới và IoT rất có tiềm năng chuyên đổi nông nghiệp ở nhiều khía cạnh

Dưới đây là năm cách mà kỹ thuật loT có khả năng cải thiện hiện trạng nông nghiệp:

Kiểm soát tốt hơn các quá trình xử lý nhằm đạt được hiệu quả tốt hơn đồng thời giảm thiểu tôi đa rủi ro: Cung cấp khả năng dự báo các sản phẩm đầu ra từ quá trình canh tác và chăn nuôi, hỗ trợ lập kế hoạch sản xuất sát với nhu cầu thị trường và điều kiện thực tiễn, phát triển hệ thống kho vận tốt hơn Nếu thông tin thị trường chính xác, dự kiến sản lượng thu hoạch sát với thực tiễn chắc chắn lượng nông sản thu hoạch được

sẽ không bị thừa so với nhụ cầu thị trường

Quản lý tôi ưu chi phi sản xuất, giảm chất thải, tăng cường năng lực kiểm soát và quản tri trong quá trình sản xuất: Hệ thống các cảm biến thu nhận số liệu cho phát quan sát, phát hiện và xử lý gần như tất cả các vấn đề bất thường trong qua trình canh tác cây trồng cũng như giám sát sức khoẻ vật nuôi, tat cả để đảm bảo khả năng loại bỏ những rủi ro bởi địch bệnh, mắt mùa

Gia tăng hiệu quả sản xuất và chăn nuôi thông qua quá trình xử lý tự động: Bằng cách

sử dụng các thiết bị thông minh và phần mềm quản trị, chúng ta có thể tự động hoá được nhiều công đoạn trong toàn bộ quy trình sản xuất tạo ra các nông sản ví dụ như kiểm soát và điều khiển tưới nước, sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật tự động, kiểm soát sâu địch hại

Tăng năng suất và nâng cao chất lượng nông sản: Bằng cách kiểm soát tốt hơn và liên

tục trong quá trình sản xuất, chúng ta sẽ đảm bảo được khả năng duy trì ôn định sản pham đầu ra chất lượng cao, duy trì chất lượng sau khi thu hoạch, đồng thời với việc

áp dụng các công đoạn tự động hoá năng suất trồng trọt và chăn nuôi sẽ tăng lên đáng

kể

1.6.2 Những lợi ích loT' mang lại trong nông nghiệp

1.6.2.1 Theo dõi liên tục điều kiện thời tiết

Một trone những công cụ được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực nông nghiệp thông minh có lẽ là các trạm quan trắc thời tiết Các trạm quan trắc thời tiết được lắp đặt trên các khu vực canh tác, có khả năng thu thập nhiều thông tin và số liệu từ môi trường thực tiễn và gửi về cho trung tâm xử lý phân tích Các phép đo và số liệu thu

nhận có thể được sử dụng để thành lập bản đồ điều kiện khí tượng thời tiết, lựa chọn

các loại cây trồng và vật nuôi phù hợp nhất với điều kiện thời tiết tại địa phương, đưa

ra giải pháp chăm sóc cây trồng vật nuôi phù hợp nhất đề kiểm soát chất lượng và hiệu quả của nông sản

Hình 1.5 loT giúp nông dân theo dõi thời tiết

1.6.2.2 Tự động hóa trong canh tác nhà kính

Một trone những lĩnh vực điển hình của kỹ thuật IoT la hỗ trợ quá trình canh tac trong nhà kính Nhà kính là khu vực canh tác không gian hẹp, theo đó nếu chúng ta quản lý, điều khiến và tôi ưu được điều kiện môi trường phù hợp canh tác cho cây trồng, đó sẽ

là nơi lý tưởng để tạo ra các sản phâm nông nghiệp khác biệt

Việc sử dụng các cảm biến IoT cho phép chúng ta thu nhận thông tin liên tục trong chế

độ thời gian thực về tất cả các điều kiện trong nhà kính canh tác ví dụ như điều kiện ánh sáng, điều kiện nhiệt độ, độ âm không khi, điều kiện đất, dưỡng chất Trên nền tảng các số liệu môi trường bên ngoài kết hợp với thông số môi trường quan trắc được

từ bên trong nhà kính, chúng ta có thể điều khiển được các yếu tố này để đạt mức tối

ưu mà cây trồng đang cần hoặc đáp ứng tốt nhất các chỉ số cần thiết của cây trồng ví

dụ như độ âm đất, nhiệt độ trong phòng hay điều kiện ánh sáng, hay phương thức tưới nước hiệu quả nhất cho cây (tưới gốc nhỏ giọt hoặc tưới lá dạng phun sương) 1.6.2.3 Quản lý cây trồng

Một trong những sản phẩm IoT phô biến trong lĩnh vực nông nghiệp chính xác là các thiết bị phục vụ mục đích quản lý cây trồng Cũng giống như các trạm thời tiết khí tượng, các loại cảm biến quản lý cây trồng được lắp đặt trên cánh đồng đề thu thập số liệu cho từng loại cây trồng khác nhau từ nhiệt độ môi trường, chất điệp lục trên lá, độ

âm lá cho đến thông tin sức khoẻ tổng hợp về loài cây trồng

Hình 1.6 Ứng dụng loT giúp quản lý cây trơng tốt hơn

Chính bởi nguồn thơng tin đa dạng này mà chúng ta cĩ khả năng quan trắc, giám sát liên tục quá trình tăng trưởng của cây trồng trên tồn bộ khu vực canh tác, sẵn sàng cho các phương án xử lý bệnh dịch một cách cĩ hiệu quả, đúng thời điểm đề khơng ảnh hưởng tới năng suất thu hoạch

1.6.2.4 Giảm sat va quan lp vat nudi

Cũng tương tự như quản lý cây trồng, các loại cảm biến loT nơng nghiệp khác cĩ khả năng sắn với các loại gia súc thả trên cánh đồng để theo dõi, giám sát các chỉ số sức

khoẻ và ghi nhận thơng tin di chuyến của chúng trên khu vực chăn thả Với khả năng

theo vết, giám sát và cung cấp thơng tin liên tục các cảm biến loT giúp chúng ta thu thập số liệu liên quan tới trình trạng sức khoẻ, hành vi, tăng trưởng ở bất kỳ vị trí và thời gian nào, ngay cả khi gia súc di chuyên

Ví dụ với các thơng tin liên quan tới cơ thể vật nuơi do các cảm biến cung cấp như nhiệt độ cơ thế, nhịp tim, di chuyển và hoạt động qua bước phân tích chúng ta cĩ thể xác định được các cá thể yếu hoặc bị bệnh, sớm tách chúng khỏi đản để khơng tạo nguy cơ lây lan Hoặc việc đưa vào sử dụng các thiết bị bay khơng người lái kích thước nhỏ đề giam sát liên tục trên khu vực chăn thả giúp chúng ta tiết kiệm được rất

nhiều chi phí nhân cơng

1.6.2.5 Nơng nghiệp chính xúc

Nơng nghiệp chính xác (Precision Farmins hoặc Precision Aøriculture) là thuật ngữ thường được sử dụng để chỉ quá trình thu thập và xử lý thơng tin để hỗ trợ việc ra quyết định một cách chính xác hơn Sự phát triển của nơng nghiệp chính xác tạo điều kiện thuận lợi để các thiết bị và ứng dụng IoT nơng nghiệp cĩ cơ hội rộng mở hơn rất nhiều so với giai đoạn trước

Bằng cách sử đụng các cảm biến IoT, chúng ta có thể thu thập, đo đạc được rất nhiều thông tin ở tat cả các khía cạnh khác nhau trong nông nghiệp như ánh sáng, nhiệt độ,

độ âm, điều kiện đất trồng, thông tin sâu bệnh, mức CO2, chất lượng nguồn nước Sau khi được hệ thông tông hợp và phân tích, những người quản lý vận hành sẽ tính toán

và tối ưu được lượng nước tưới cần thiết, loại phân bón phủ hợp, thuốc bảo vệ thực vật và sử dụng đúng thời điểm, đúng loại mà cây trồng cần nhằm tiết giảm chi phí, tăng hiệu quả và làm cho cây trồng mạnh khoẻ hơn Các nhà sản xuất cảm biến loT thổ nhưỡng có khả năng đo được độ ấm, nhiệt độ, khả năng dẫn điện, thành phần hoá học

co ban từ đó giúp cho người nông dân tiếp cận và xây dựng kế hoạch canh tác loại cây trồng phủ hợp nhất Băng cách kết hợp với số liệu địa không gian, các cảm biến này giúp chúng ta thành lập các bản đồ thổ nhưỡng chính xác cho từng khu vực nhỏ trên cánh đồng, vừa đảm bảo năng suất cây trồng đồng thời duy trì tính bền vững của

đất đai

1.6.2.6 Máy bạy không người lúi nông nghiệp

Có lẽ một trong những kỹ thuật hứa hẹn nhất trong lĩnh vực nông nghiệp cao cấp đó chính là máy bay không người lái UAV nông nghiệp, đặc biệt trong ký nguyên của

nông nghiệp thong minh May bay khéng nguoi lai UAV (Unmanned Aerial Vehicles),

được cho là phù hợp nhất dé thu thập số liệu nông nghiệp hơn cả máy bay có người lái hoặc vệ tình Bên cạnh khả năng thám sát thu thập số liệu từ xa, UAV nông nghiệp còn

có khả năng thực hiện những nhiệm vụ khác mà trước đây chỉ có thể thực hiện trực tiếp bởi con người như gieo hạt, phun thuốc bảo vệ thực vật, rải phân bón, theo dõi tăng trưởng cây trồng Việc sử đụng UAV mang lại hiệu quả hơn 6 lần so với con người thực hiện cùng nhiệm vụ bằng tay

4 |

Hinh 1.7 UAV trong nông nghiệp

1.6.2.7 Phân tích dục bảo cho nông nghiệp thông mình

Nông nghiệp chính xác và nghiệp vụ phân tích số liệu đưa ra dự báo luôn đi song hành với nhau Trong khi kỹ thuật loT và các dạng thức cảm biến là hợp phần cung cấp số liệu thời gian thực vô cùng quan trọng, thì các ứng dụng phân tích sâu số liệu thu được

sẽ piúp cho người quản lý và nông dân sử dụng chúng một cách hiệu quả, đặc biệt với những thông tin đự báo như: thời điểm canh tác, thời điểm thu hoạch, rủi ro tiềm tàng bởi sâu bệnh, tong san luwong thu hoach, thoi gian cần cho thu hoạch, tối ưu hóa sau thu hoạch Việc phân tích sâu số liệu bằng những công cụ chuyên dùng giúp chúng

ta biến quá trình canh tác trên cánh đồng vốn mang nhiều rủi ro và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết trở thành những quá trình có khả năng quản trị, kiếm soát và dự báo được bằng các chỉ số xác định

Ví dụ tới thời điểm hiện tại có nhiều giải pháp phần mềm nền tảng có khả năng giúp

đỡ chủ trang trại và người nông dân truy cập và tính toán trước được sản lượng, chất

lượng, điều kiện thời tiết, khả năng hạn hán hay úng lụt trong khoảng thời gian dài

trước khi xảy ra, điều nảy giúp tôi ưu hóa lượng nước cấp/thoát, lượng phân bón cho từng loại cây trồng tại từng thời điểm, lựa chọn sản lượng phủ hợp để cải thiện chất lượng nông sản sau thu hoạch Hoặc các phần mềm hỗ trợ quan ly dat đai, thổ nhưỡng

có khả năng hỗ trợ giúp chúng ta tiết kiệm tới 50% lượng nước tưới cần thiết, đồng thời giảm mất mát phân bón do tưới nước vượt mức cần thiết, quan trọng hơn là chúng

ta có khả năng kiểm soát các yếu tổ nảy tại mọi thời điểm, xây dựng trước các kịch bản ứng phó dưới bất kỳ điều kiện thời tiết hay mùa vụ nảo

1.6.2.8 Các hệ thông quản trị trang trại tích hợp

Một phương thức tiếp cận với các sản phẩm loT phức tạp và có tính tổng hợp cao hơn trong lĩnh vực nông nghiệp được thể hiện qua quá trình thiết kế và phát triển các hệ thông quản trị canh déng, trang trai (Farm Management Systems) Cac hé thong nay co kiến tric hé théng phirc hop bao g6m mang ludi cdc cam bién néng nghiép IoT, cac thiét bi quan trắc thường xuyên lắp đặt trên toàn bộ khu vực canh tác, đi kèm với đó là

giải pháp phần mềm mạnh có khả năng tiếp nhận, tông hợp, phân tích kết hợp với các

tiêu chuẩn và số liệu kế toán để tạo ra những báo cáo tổng hợp với nhiều nội dung khác nhau

Hinh 1.8 loT trong quan ly trang trai

Điểm đặc biệt của các hệ thống quản trị này là việc cho phép những nhà quản lý, nhà đầu tư và người nông dân thực hiện nhiệm vụ quản trị và giam sat tir xa một cách toàn diện, xác lập các quy trình canh tác, thu hoạch, xử lý và tiêu thụ sản phâm trực tuyến Đặc biệt hơn với các hệ thống phần mềm quản trị quy mô lớn và chuyên sâu, người dùng còn được trang bị các tính năng như theo dối và quản trị xe máy hoạt động trên cánh đồng, quản lý kho bãi tập kết nông sản, vận chuyền và tiêu thụ hàng hóa 1.6.3 Những vấn đề mấu chốt để phát triển loT trong nông nghiệp

tố cơ bản gồm chất lượng, độ chính xác và tính tin cậy mà chúng có khả năng thu

nhận

Song sone với các cảm biến thu nhận số liệu loT là cơ sở hạ tầng phần cứng máy tính

đủ mạnh để tiếp nhận, thực hiện các phép phân tích và thế hiện kết quả phân tích dưới dạng số liệu và phương án thực thi

1.6.3.2 Bộ não của hệ thông

Chức năng phân tích số liệu cần được xem như phần lõi hoặc bộ não của bất kỷ giải pháp nông nghiệp thông minh nảo Bản thân số liệu đã thu được sẽ không giúp ích gì

được nhiều cho sản xuất nông nghiệp nếu chúng ta không có giải pháp biến nó thành

sản phẩm có giá trị Chính vì vậy mà chúng ta cần có các công cụ với những khả năng phân tích số liệu mạnh bằng các thuật toán phủ hợp, đồng thời là các mô hình dự báo,

mô hình máy học, trí tuệ nhân tạo, khai thác sâu số liệu để biến số liệu thô do các

cảm biến khác nhau cung cấp thành các sản phâm sử dụng có giá trị và đễ hiểu hơn cho người dùng

1.6.3.3 Duy trì hệ thông

Bảo dưỡng định kỳ, sửa chữa và cập nhật hợp phần phần cứng nằm trong hệ thống nông nghiệp thông minh là nhiệm vụ vô cùng quan trọng nhưng cũng đây thách thức Đây cần được xem là nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu bởi tất cả các cảm biến thu thập số liệu trên cánh đồng đều chịu tác động của tất cả các yếu tô thời tiết như nắng, mưa, nhiệt độ, độ âm, phá hoại có chủ ý và rat dé bi hu hong hoac mat cap Chinh vi vay, khi bắt đầu phát triển hệ thông, chúng ta phải bắt đầu để ý đến chất lượng của cảm biến, khả năng phủ hợp với điều kiện thời tiết tại nơi lắp đặt và một quy trình duy tu bảo dưỡng sát thực nhằm bảo đảm khả năng hoạt động liên tục, kéo dai tuổi thọ cho chúng Nếu chúng ta bỏ qua phần này, chắc chắn các cảm biến sẽ phải thay thế một cách thường xuyên, thường xuyên đến mức chính chúng ta cũng khó chấp nhận được VIỆC nay

1.6.3.4 Tính cơ động

Các ứng dụng nông nghiệp thông minh cần được thiết kế và tùy biến đề có thể truy cập

và sử dụng ở bất ky đâu, trên cảnh đồng hoặc trong nhà, khi đi bộ hay lái xe Nhà đầu

tư, những người làm công tác quản trị hay người nông dân đều có thể truy cập thông tin trực tiếp trên cánh đồng hoặc từ xa thông qua điện thoại di động hoặc máy tính, mọi thông tin liên quan đều được hiển thị một cách trực quan, dễ hiểu và có khả năng thực thị Thêm vào đó từng thiết bị kết nối đều có khả năng hoạt động độc lập nhưng cũng đồng thời có khả năng kết nối với các thiết bị khác để tạo thành mạng lưới truyền gửi số liệu về cho máy chủ trung tâm

1.6.3.5 Ha tang

Đề bảo đảm chắc chắn rằng ứng dụng quản trị cánh đồng thông minh vận hành tốt (và đảm bảo ứng dụng có thể tiếp nhận và xử lý số liệu gửi về), chúng ta cần có một hạ tầng nội bộ hoàn chỉnh và ôn định Hơn thế nữa hệ thống hạ tầng này còn phải có khả năng bảo mật vả an toàn Một hệ thống hạ tầng không được bảo mật có nguy cơ bị tan công phá hoại từ bên ngoài hoặc truy cập bất hợp pháp đề đánh cắp thông tin và số liệu hoặc nguy hiểm hơn là chiếm quyền điều khiển và phá hoại toàn bộ hệ thống

1.6.3.6 Giải pháp kết nổi

Nhu cầu truyền dẫn số liệu giữa rất nhiều các hợp phần và hạ tầng vẫn luôn tạo ra

thách thức lớn cho việc triển khai các giải pháp nông nghiệp thông minh vả quản trị

cánh đồng Không cần phải phân tích sâu, tất cả chúng ta đều hiểu khả năng kết nối gitra cac hop phan va thiét bi trong hé thống phải đạt độ ổn định và tính tin cậy để duy trì liên tục kết nối truyền dẫn ngay cả trong những điều kiện thời tiết tệ hại nhất cùng

với đó là duy tri liên tục dòng số liệu đi về Tới thời điểm hiện tại, các thiết bị loT

nông nghiệp vẫn sử dụng nhiều giao thức kết nối khác nhau, cùng với đó việc phát

triển những tiêu chuẩn để đồng nhất giao thức kết nối trong lĩnh vực đặc thù này vẫn đang tiếp tục được triển khai Việc đưa mạng di động 5G vào sử dụng và các hệ thống kết nối Internet từ vệ tính có thể sẽ mở ra một cuộc cách mạng cho kết nối thiết bị trong nông nghiỆp

1.6.3.7 Chu kỳ thu thập dữ liệu

Trong lĩnh vực nông nghiệp, tập hợp số liệu rất đa dạng với nhiều nguồn thông tin

khác nhau như nhiệt độ, độ âm, lượng mưa, chất lượng nước, thành phan dat, anh sang mặt trời chính vì vậy việc bảo đảm tối ưu hóa chu kỳ và tần xuất thu thập số liệu có thể sây ra các vẫn đề mang tính hệ thống Về cơ bản các dòng số liệu đều bắt nguồn từ thực địa, các cảm biến môi trường và số liệu viễn thám, các ứng dụng, cảm biến máy móc và thiết bị canh tác, số liệu sau khi xử lý và phân tích tất cả đều là đối tượng cần được quản lý và tuân thủ theo các quy định và tiêu chuẩn Ngày nay yếu tổ an toàn, thời điểm cung cấp và khả năng chia sẻ số liệu luôn là thách thức lớn đối với các

giải pháp quản trị nông nghiệp thông minh

1.6.3.8 An ninh số liệu trong ngành nông nghiệp

Nông nghiệp chính xác, quản trị cánh đồng thông minh và kỹ thuật loT luôn làm việc

với những tập hợp số liệu lớn, điều nảy cũng làm gia tăng những lỗ hỗng tiềm tàng hình thành điểm tân công của các đối tượng Thật không may tới thời điểm hiện tại vấn

dé an ninh trong lĩnh vực công nghệ nông nghiệp vẫn đang bị bỏ ngỏ Không quá khó

dé thấy rất nhiều ứng dụng với thiết bị bay không người lái phát truyền trực tiếp số liệu tới cho các loại máy móc trên cánh đồng, các loại máy này lại được kết nối với Internet mà không có bất kỳ phương thức bảo vệ nào đơn cử như mã khóa người dùng hay quyền truy cập

1.6.4 Ứng dụng của lo trong nông nghiệp

loT có thê được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả nông nghiệp Các ứng dụng của loT trong nông nghiệp bao gồm:

© Giám sát thời tiết: Các cảm biến loT có thể giúp đo lường nhiệt độ, độ âm, ánh sáng, v.v trone môi trường trồng trọt Nhờ đó, các nông dân có thể theo dõi và điều chỉnh môi trường để tôi ưu hóa sản lượng và chất lượng

¢ Quan ly tưới tiêu: Hệ thống IoT có thể giúp theo dõi lượng nước được sử dụng và kiểm soát tưới tiêu Các cảm biến có thê đo lường độ ấm đất và các yếu tô khác để

giúp nông dân quyết định khi nào cần tưới tiêu

e Giám sát và điều khiển sản xuất: Các thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát các quá trình sản xuât, bao pôm cả việc thu hoạch, chê biên và đóng gói Nó có thê

giúp nông dân theo dõi mức độ tươi sống và chất lượng của sản phẩm, giúp nông dân

quản lý quá trình sản xuất hiệu quả hơn

¢ Điều khiển bón phân: Các hệ thống IoT có thê được sử dụng để giúp nông dân điều khiến lượng bón phân sử dụng Các cảm biến có thê đo lường mức độ dinh dưỡng trong đất và cung cấp thông tin đê nông dân điều chỉnh lượng bón phân phù hợp

e Theo dõi sức khỏe động vật: loT cũng có thế được sử dụng để giám sát sức khỏe

và hoạt động của động vật trong trang trại Các cảm biến có thé giúp theo dõi các chỉ

số như nhiệt độ, lượng chuyền động, sức khỏe, v.v để giup nông dân xác định khi nào cần chăm sóc và phát hiện sớm bat ky vấn đề sức khỏe nảo

1.6.5 Thách thức của IoT trong nông nghiệp

Tuy nhiên, việc triển khai IoT trong nông nghiệp vẫn đang đối mặt với một số thách thức, bao gồm:

© Chi phi: Str dung các thiết bị loT vả triển khai hệ thông tương tác đòi hỏi chí phí

đầu tư ban đầu khá lớn Điều nảy có thể là một trở ngại đối với các nông dân và doanh

nghiệp nhỏ

® Sự phức tạp: Việc triển khai loT trong nông nghiệp đòi hỏi sự phức tạp trong việc kết nối các thiết bị, quản lý đữ liệu và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thu thập được

® Bảo mật: Dữ liệu được thu thập và chia sẻ thông qua các thiết bị loT có thể gặp phải nguy cơ bị lộ thông tin hoặc tấn công mạng, gây thiệt hại đến nông nghiệp và doanh nghiệp

Chương 2 CHUÂN TRUYÊN THÔNG PROFINET

2.1 Tổng quan về chuẩn truyền thong PROFINET

PROFINET (Process Field Network) la mét tiéu chuan ky thuat céng nghiép dé truyền

dữ liệu qua Ethernet công nghiệp, được thiết kế để thu thập dữ liệu từ và điều khiến thiết bị trong các hệ thông công nghiệp, với thế mạnh đặc biệt trong việc cung cấp dữ liệu dưới những hạn chế về thời gian chặt chẽ Tiêu chuẩn được duy trì và hỗ trợ bởi Profibus và PROFINET International, một tổ chức bảo trợ có trụ sở tại Karlsruhe,

Đức [4|

Hình 2.1 Hệ thống tự động hoá tông quan có sử dụng tiêu chuẩn truyền thông

PROFINET PROFINET hiện là xương sống truyền thông cho Céng nghiép 4.0 trong công nghệ tự động hóa Nhờ kiến trúc mở, mạng PROFINET làm cho tất cả các chức năng dựa trên Ethernet đều khả dụng, cho phép truy cập vảo các thiết bị và cho phép tích hợp dễ dàng các tiêu chuẩn khác, chẳng hạn như OPC UA

PROFINET được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC 61158 và IEC 61784 và sự phát

triển liên tục của PROFINET cung cấp cho người dùng giải pháp lâu dài để thực hiện các công việc trong lĩnh vực tự động hoa [5]

Đối với các nhà sản xuất hệ thông và máy móc, việc sử dụng PROFINET giúp giảm

thiểu chỉ phí lắp đặt, kỹ thuật và vận hành Đối với các nhà khai thác hệ thống, PROFINET mang đến khả năng mở rộng hệ thống dễ dảng và tính sẵn sảng của hệ thông cao thông qua các đơn vị hệ thống chạy tự động và yêu cầu bảo tri thấp Chứng nhận bắt buộc của tất cả các thiết bị PROFINET cũng đảm bảo tiêu chuân chất lượng

Cao.

Hình 2.2 Hệ thống tự động hoá tông quan có sử dụng tiêu chuẩn truyền thông

PROFINET 2.2 Các lớp cần tuân thủ trong chuẩn truyền thông PROFINET

Là một tiêu chuẩn ứng dụng rộng rãi, PROFINET cung cấp một số lượng lớn các chức năng khác nhau Các chức năng này được chia thành các lớp cần tuân thủ trong bất kì

hệ thống nào có sử dụng chuẩn truyền thông PROFINET Các lớp cần tuân thủ được

chia thành ba loại, lớp A, B và C Lớp A (CC-A) là cơ bản nhất trong khi lớp € (CC-C)

là tiên tiến nhất và chúng được xây dựng dựa trên nhau nên Lớp C cũng chứa tất cả các chức năng từ lớp B va A [5]

Hình 2.3 Cấu trúc của các lớp cần tuân thủ

Trong lép A (Conformance Class A), chi cdc thiét bi duoc chứng nhận Một chứng chi nhà sản xuất là đủ cho cơ sở hạ tầng mang Day la ly do tại sao cáp có cầu trúc hoặc mạng cục bộ không dây cho thuê bao di động cũng có thể được sử dụng Các ứng dụng điển hình có thể được tìm thấy trong cơ sở hạ tầng (ví dụ đường hầm đường cao tốc hoặc đường sắt) hoặc trong tự động hóa tòa nhà [4|

Lớp B (Conformance Class B) quy dinh rang co so ha tang mang ciing bao g6m các san phẩm được chứng nhận và được cấu trúc theo các hướng dẫn của PROFINET IO Cáp được bảo vệ tăng cường độ mạnh mẽ và các công tắc có chức năng quản lý tạo điêu kiện cho chân đoán mạng và cho phép cầu trúc liên kết mạng được mone muôn

để điều khiển dây chuyền sản xuất hoặc máy Tự động hóa quá trình đòi hỏi tăng tính sẵn sàng, có thê đạt được thông qua phương tiện dự phòng và hệ thống Đề một thiết bị

tuân thủ Lớp B phù hợp, thiết bị phải giao tiếp thành công qua PROFINET RT, có hai

cổng (công tắc tích hợp) và hỗ trợ SNME [4]

Với lớp C (Conformance Class C), các hệ thống định vị có thể được triển khai với việc đặt trước băng thông bổ sung và đồng bộ hóa ứng dụng Thiết bị phù hợp với lớp C

giao tiếp bổ sung qua PROFINET IRT Thích hợp cho ngành công nghiệp cao nhất yêu

cầu (điều khiển chuyên động), thời gian chu kỷ lên tới 31,25 ps va | us jitter,

Hình 2.4 Chức năng của các lóp trong chuẩn truyền thông PROFINET 2.3 Giao thức trong chuẩn truyền thông PROFINET

2.4 Mô hình hệ thống của một hệ thống PROFINET

PROFINET tuân theo mô hình nhà cung cấp / người tiêu dùng để trao đổi dữ liệu Điều này có nghĩa là cả bộ điều khiến 1O và thiết bị IO đều tự động gửi dữ liệu theo chu kỳ một cách độc lập Các lớp thiết bi g6m IO controller, IO device, IO supervisor được định nghĩa cho PROFINET

Hình 2.5 Đường dẫn giao tiếp cho PROFINET

Chức năng của các thiết bị:

® ]JO controller: Đây thường là Bộ điều khiến logic lập trình (PLC) trong đó chương trinh tự động hóa chạy Bộ điều khiển IO cung cấp dữ liệu đầu ra cho các thiết bị IO được câu hình trong vai trò là nhà cung câp và là người tiêu dùng đữ liệu đầu vào