Tối ưu lượng nước tưới trong quá trình sản xuất cây cao su giống tại tỉnh Champasak: luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** XAYAPATH SANTISOUK TỐI ƯU LƯỢNG NƯỚC TƯỚI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CÂY CAO SU GIỐNG TẠI TỈNH CHAMPASAK LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đồng Nai, năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** XAYAPATH SANTISOUK TỐI ƯU LƯỢNG NƯỚC TƯỚI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CÂY CAO SU GIỐNG TẠI TỈNH CHAMPASAK Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Mã số: 8480201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĂN HOÀI Đồng Nai - năm 2019 i LỜI CẢM ƠN Được phân công khoa Sau Đại học - Trường Đại học Lạc Hồng đồng ý giảng viên hướng dẫn PGS.TS.Trần Văn Hồi tơi thực đề tài “tối ưu lượng nước tưới trình sản xuất cao su giống tỉnh champasak” Để hồn thành khóa luận này, tơi xin chân thành cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện Trường Đại học Lạc Hồng Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn PGS.TS.Trần Văn Hồi tận tình, chu đáo hướng dẫn thực Luận văn Xin chân thành cảm ơn đến người thân gia đình động,các anh chị với bạn bè lớp tạo khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh nhất, song thiếu sót điều khơng thể tránh khỏi Rất mong nhân đóng góp q Thầy, Cơ đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn./ Học viên Xayapath Santisouk ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các tài liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học khác./ Học viên Xayapath Santisouk i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .3 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu .3 1.1.1 Nhu cầu nước 1.1.2 Thị trường Việt Nam 1.1.3 Nhu cầu khác 1.2 Các kỹ thuật trồng cao su giống 1.2.1 Trang trại 1.2.2 Chọn giống 1.2.3 Nước tưới 1.3 Một số giải pháp phù hợp 1.3.1 Bộ định thời 1.3.2 Hệ thống điều khiển bơm điều áp 1.3.3 Hệ thống tưới nhỏ giọt .10 1.4 Kết luận 11 CHƯƠNG 2: TẬP MỜ - LOGIC MỜ .12 2.1 Lý thuyết tập mờ .12 2.1.1 Tập mờ .12 2.1.2 Biến ngôn ngữ 15 2.1.3 Các phép tính tập mờ 16 2.1.4 Một số khái niệm đặc trưng tập mờ 18 2.2 Quan hệ mờ .19 2.3 Quy trình hoạt động Logic mờ 19 2.3.1 Mờ hóa .20 2.3.2 Thiết bị .20 2.3.3 Giải mờ .20 2.4 Phương pháp xây dựng mơ hình .20 ii 2.4.1 Mơ hình tam giác .20 2.4.2 Mơ hình hình thang 21 2.5 Các phương pháp giải mờ .22 2.5.1 Phương pháp cực đại 22 2.5.2 Phương pháp điểm trọng tâm 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Thành phần hệ thống .28 3.2.1 Hệ thống server 28 3.2.2 Thiết bị M5Go 28 3.2.3 Thiết bị input output hệ thống .29 3.3 Quá trình thực hệ thống 33 3.3.1 Xây dựng biến ngôn ngữ 33 3.3.2 Thu thập tín hiệu 34 3.3.3 Xây dựng tập luật .37 3.3.4 Thể ngôn ngữ lập trình 39 3.4 Xây dựng chương trình 43 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45 4.1 Mơ hình hệ thống 45 4.2 Phương pháp điều khiển hệ thống 46 4.2.1 Phương pháp thủ công 48 4.2.2 Phương pháp điều khiển mờ 49 4.3 Kết luận 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MCU Microprogrammed Control Units CPU Central Processing Unit GPU Graphics Processing Unit DIY Do it yourself GPIO General Purpose Input/Output CSI Camera Serial Interface RFID Radio Frequency Identification ADC Analog to Digital Converter SPI Serial Peripheral Interface UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter RF Radio Frequency HDMI High-Definition Multimedia Interface COM Communication port IDE Integrated Development Environment IOT Internet Of Thnings iv DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Mật độ trồng cao su vườn .7 Hình 1-2 Sản phẩm định thời Nima .9 Hình 1-3 Bộ biến tần CPC316 10 Hình 1-4 Mơ hình tưới nhỏ giọt Maka 10 Hình 2-1 Biểu diễn tập rõ .12 Hình 2-2 Các thành phần qui trình hoạt động hệ logic mờ 20 Hình 2-3 Mơ hình tam giác việc xác định tốc độ .21 Hình 2-4 Mơ hình hình thang .22 Hình 2-5 Phương pháp giải mờ cực đại .22 Hình 2-6 Đồ thị biểu diễn áp dụng nguyên lý trung bình 23 Hình 2-7 Đồ thị biểu diễn cách áp dụng nguyên lý cận trái 23 Hình 2-8 Đồ thị biểu diễn cách áp dụng nguyên lý cận phải .23 Hình 2-9 Phương pháp tính điểm trọng tâm 24 Hình 3-1 Cấu hình máy server sử dụng hệ thống .28 Hình 3-2 Thiết bị học tập M5GO 29 Hình 3-3 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ .29 Hình 3-4 Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 30 Hình 3-5 Tín hiệu bắt đầu đọc liệu cảm biến 30 Hình 3-6 Module relay 32 Hình 3-7 Sơ đồ luồng liệu hệ thống 44 Hình 4-1 Hệ thống tưới nước vườn cao su giống 46 Hình 4-2 Mơ hình lắp đặt nguồn nước tưới thử nghiệm 47 Hình 4-3 Mơ hình thử nghiệm nhà .48 v DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1 Thông số nhiệt độ từ internet chuẩn hóa 34 Bảng 3-2 Thông số độ ẩm từ internet chuẩn hóa .35 Bảng 3-3 Thông số nhiệt độ đọc từ khu vườn chuẩn hóa 36 Bảng 3-4 Thông số độ ẩm đọc từ khu vườn chuẩn hóa 37 Bảng 3-5 Thang đo thời gian bật bơm 37 Bảng 4-1 Bảng số liệu thời gian tưới theo phương pháp thủ công 48 Bảng 4-2 Bảng số liệu thời gian tưới theo phương pháp luận văn .49 MỞ ĐẦU Hiện nay, công nghệ thông tin đời nhiều vai trị sống hàng ngày có cơng dụng phổ biến rộng rãi tất ngành nghề chí khơng phải nghề nghiệp nơng nghiệp, coi nghề Lào điều đáng ngạc nhiên nghiên cứu công nghệ hầu hết thông tin không hỗ trợ nghề nghiệp nông nghiệp nghề nhiều người Lào, chun gia nơng dân nghề đòi hỏi phải quản lý ngày xưa, phải kiểm tra vườn bón phân theo thời gian xác định khơng tính đến chất dinh dưỡng có đất đầu tiên, việc quản lý bệnh côn trùng gặp vấn đề bùng phát sử dụng hóa chất vượt tỷ lệ phải sử dụng gặp vấn đề giá sản phẩm giảm chi phí sản xuất cao quy trình quản lý quản lý bệnh trùng, thu hoạch phân phối sản phẩm hoàn tất vấn đề quan trọng tất ngành nông nghiệp bao gồm việc sử dụng tài ngun có sẵn mà khơng cần hiệu quả, tài nguyên có sẵn tự nhiên, đất, ánh sáng mặt trời, khơng khí tài nguyên bổ sung vào phân bón, thuốc trừ sâu coi yếu tố tầm quan trọng sản xuất nơng nghiệp Lào có diện tích đất 236.800 km 2, mệnh danh miền đất Triệu Voi, quốc gia Đông Nam Á khơng giáp biển Lào có nhiều núi bao phủ xanh Có sơng Mê Kong chảy dọc gần hết biên giới phía Tây, giáp với Thái Lan Biên giới phía đơng giáp với dãy Trường Sơn Việt Nam Khí hậu nhiệt đới khu vực gió mùa với: mùa mưa từ tháng đến tháng 11 mùa khô từ tháng 12 đến tháng năm sau Diện tích rừng chiếm 47%, 45% dân số sống vùng núi Lào có 800.000 đất canh tác nơng nghiệp, 85% làm nghề Là tiền đề, lợi để phát triển nơng nghiệp Do đó, trang trại tự động hóa, thơng minh hóa cách tiếp cận để đẩy mạnh kinh tế Bằng việc áp dụng khoa học kỹ thuật để sản xuất an toàn mục tiêu quan trọng Cây cao su cơng nghiệp có tiềm kinh tế lớn Tổng diện tích 300.000 hecta có khoảng 50% có khả thu hoạch mủ Trong tháng 10 năm 2018, kim ngạch xuất cao su đạt giá trị 115,6 triệu USD Mặt hàng cao su có xu hướ ng tăng, đến điểm suất cho mủ cao su tăng, đồng thời hạn ngạch xuất cao su vào Trung Quốc tăng 100%, từ 10.000 37 Bảng 3-4 Thông số độ ẩm đọc từ khu vườn chuẩn hóa Biến ngơn ngữ Thang đo [1,100] Hl.Thấp [10,35] Hl.Vừa [30,65] Hl.Cao [60,90] Bảng 3-5 Thang đo thời gian bật bơm Biến ngôn ngữ Thời gian phun (phút) Pum.Low [0, 1] Pum.Normal [0.8, 2] Pum.High [1.8,3] Pum.VeryHigh [2.8, 4] 3.3.3 Xây dựng tập luật Qui tắc mang tính trực giác: “Nếu thơng tin từ internet nhiệt độ cao độ ẩm thấp nhiệt độ cao nhiệt độ vườn thấp độ ẩm thấp thời gian bơm mức cao”, “độ ẩm thấp máy bơm phun mạnh” Sự khác luật đưa qui tắc cần thiết để xây dựng điều khiển bơm Gọi: ti: Nhiệt độ từ internet (oC)(0next = NULL; // sorting the fuzzyOutput fuzzyOutput->order(); // if it is the first FuzzyOutput, set it as the head if (this->fuzzyOutputs == NULL) { this->fuzzyOutputs = newOne; } else { // auxiliary variable to handle the operation fuzzyOutputArray *aux = this->fuzzyOutputs; // find the last element of the array while (aux != NULL) { if (aux->next == NULL) { // make the ralations between them aux->next = newOne; return true; } aux = aux->next; } } return true; } Tập luật xây dựng để quy định hệ thống giải mờ tính tốn output, đối tượng FuzzyRuleAntecedent dùng để khai báo tiền đề để điều kiện thực hiện: #include "FuzzyRuleAntecedent.h" // CONTRUCTORS FuzzyRuleAntecedent::FuzzyRuleAntecedent() { // set the initial values this->op = 0; this->mode = 0; this->fuzzySet1 = NULL; this->fuzzySet2 = NULL; this->fuzzyRuleAntecedent1 = NULL; 42 this->fuzzyRuleAntecedent2 = NULL; } // PUBLIC METHODS // Method to create a FuzzyRuleAntecedent with just one single FuzzySet bool FuzzyRuleAntecedent::joinSingle(FuzzySet *fuzzySet) { // check if FuzzySet is not null if (fuzzySet != NULL) { // set the mode and reference this->mode = MODE_FS; this->fuzzySet1 = fuzzySet; return true; } return false; } // Method to create a FuzzyRuleAntecedent with two FuzzySet, with AND bool FuzzyRuleAntecedent::joinWithAND(FuzzySet *fuzzySet1, FuzzySet *fuzzySet2) { // check if two FuzzySet are valid if (fuzzySet1 != NULL && fuzzySet2 != NULL) { // set the mode and references this->op = OP_AND; this->mode = MODE_FS_FS; this->fuzzySet1 = fuzzySet1; this->fuzzySet2 = fuzzySet2; return true; } return false; } // Method to create a FuzzyRuleAntecedent with two FuzzySet, with OR bool FuzzyRuleAntecedent::joinWithOR(FuzzySet *fuzzySet1, FuzzySet *fuzzySet2) 43 { // check if two FuzzySet are valid if (fuzzySet1 != NULL && fuzzySet2 != NULL) { // set the mode and references this->op = OP_OR; this->mode = MODE_FS_FS; this->fuzzySet1 = fuzzySet1; this->fuzzySet2 = fuzzySet2; return true; } return false; } // Method to create a FuzzyRuleAntecedent with one FuzzySet and one FuzzyRuleAntecedent, with AND bool FuzzyRuleAntecedent::joinWithAND(FuzzySet *fuzzySet, FuzzyRuleAntecedent *fuzzyRuleAntecedent) { // check if the FuzzySet and FuzzyRuleAntecedent are valid if (fuzzySet != NULL && fuzzyRuleAntecedent != NULL) { // set the mode and references this->op = OP_AND; this->mode = MODE_FS_FRA; this->fuzzySet1 = fuzzySet; this->fuzzyRuleAntecedent1 = fuzzyRuleAntecedent; return true; } return false; } 3.4 Xây dựng chương trình Để hoàn thiện hệ thống luận văn xây dựng chương trình dựa tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu xử lý trung tâm Chức phía client – input làm nhiệm vụ lấy thơng tin nhiệt độ khơng khí, độ ẩm, tốc độ gió, thực mờ hố tín hiệu ngõ vào đưa lên phía server để nơi lưu trữ Chức phía client – output làm nhiệm vụ nhận tín hiệu input mờ hố từ phía server sau lấy tín 44 hiệu ngõ vào mờ hố dụng tập luật xây dựng để điều khiển bật tắt ngõ Hình 3-7 Sơ đồ luồng liệu hệ thống Hệ thống điều khiển mờ nhận liệu thực tế từ cảm biến, tiến hành tinh chỉnh giá trị đầu vào này, qua bước mờ hóa cho liệu mờ Kết đực sử dụng làm đầu vào cho hệ thống xử lý logic mờ (Fuzzy logic) cho kết đầu thời gian điều khiển Tất liệu đưa vào hệ thống tác giả thu thập từ tài liệu hướng dẫn trồng cao su hệ thống chuyên gia – nông dân trồng cao su có kinh nghiệm lâu năm 45 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Mơ hình hệ thống Tác giả tiến hành khảo sát thực nghiệm quy trình trồng cao su Champasak Cây cao su giống có nhiều giai đoạn sinh trưởng khu vực thử nghiệm bao gồm: Cây vừa cắt chồi thực sinh, tỉa chọn cành mạnh khỏe, giống có chồi, giống có chồi, … Hiện trạng Champasak đa phần tưới nước với phương pháp sử dụng bơm, công nhân nơng dân kéo dây vị trí giống để tưới Quá trình tưới diễn vào sáng sớm chiều tối Tùy thuộc theo mua mà nhà nông sẻ tưới phù hợp Tác giả tiến hành tử nghiệm dựa tiêu chí với phương pháp thủ công phương pháp tự động hệ thống là: vào diện tích trồng cao su, số lượng cao su giống m2, thời gian tưới tương ứng 46 Hình 4-1 Hệ thống tưới nước vườn cao su giống 4.2 Phương pháp điều khiển hệ thống Hệ thống thử nghiệm thiết kế phần gồm: hệ thống dẫn nước tưới, hệ thống điện điều khiển dùng cho bơm hệ thống thiết bị thu nhận tín hiệu, xử lý Sử dụng cao su giống Thiết kế xây dựng hệ thống mẫu, đánh giá kết Hệ thống thiết kế với nguồn nước tưới lấy từ bồn, bơm hút lên tưới quanh gốc với phương pháp dùng bec phun nước Mỗi trụ cao 70 cm, chiều rộng 100 cm dài 300 cm Kết nối ống nước lại với Mỗi cao su đặt cách 20 cm 47 Hình 4-2 Mơ hình lắp đặt nguồn nước tưới thử nghiệm Sử dụng ống dẫn nước nhựa PVC kết hợp bec phun sương phi 21, bán kính tưới đến 0,5 m, họng phun 1.4 ly Mỗi bec liên tục phun 50 lít nước Tương đương phút 0.83 lít nước Hệ thống sử dụng bơm điện cơng suất 0.5HP sử dụng nguồn nước trực tiếp từ bể chứa nước 48 Hình 4-3 Mơ hình thử nghiệm nhà 4.2.1 Phương pháp thủ công Với phương pháp thủ công công nhân nhà nông tưới từ sáng sớm chiều mát Mỗi lần tưới kéo đường ống tới gốc Khi có cảm nhận nơng dân gốc cao su khơng tưới Trung bình 1m2 nơng dân tưới khoảng phút Tác giả sử dụng bơm 0.5 HP để thử nghiệm thời gian tưới Sau có kết quả: Bảng 4-1 Bảng số liệu thời gian tưới theo phương pháp thủ công Số lần Vùng tưới (m2) Số cao su Thời gian tưới 1 18 50 giây 18 62 giây 36 118 giây 36 125 giây 49 Theo luận văn nhận thấy thời gian tưới nông dân phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người tưới Cũng có ảnh hưởng thời tiết nhiên thời điểm ghi số liệu khơng bị ảnh hưởng thời tiết Biểu đồ thời gian tưới vùng tưới 140 120 100 80 60 40 20 m2 m2 Column1 4.2.2 Phương pháp điều khiển mờ Thực nghiệm phương pháp hệ thống, tác giả tiến hành lắp đặt hoàn thiện hệ thống sử dụng vùng diện tích tưới khoảng 3m2 50 cao su Cùng thời gian tưới người nông dân Tác giả nhận bảng số liệu sau: Bảng 4-2 Bảng số liệu thời gian tưới theo phương pháp luận văn Số lần Nhiệt độ (Internet) Độ ẩm (Internet) Nhiệt độ (Vườn) Độ ẩm (Vườn) 31 31 31 55 55 55 30 33 32 40 42 65 Thời gian điều khiển bơm 150 giây 165 giây 15 giây Với bảng số liệu tác giả nhận thấy thời gian tưới phương pháp luận văn cao hơn, lâu so với nông dân Tuy nhiên vùng diện tích số cao su giống lại nhiều Đó kết cho thấy việc tưới hiệu hệ thống 50 4.3 Kết luận Qua thời gian thực luận văn tác giả vận dụng kiến thức học suốt trình học tập, ứng dụng để hồn thành luận văn Mục đích luận văn tìm hiểu phát triển phần ngành cao su cho đất nước Bằng công việc nhỏ tác giả Với việc tối ưu lượng nước tưới, thời gian tưới thông qua hệ việc lấy nhiệt độ, độ ẩm từ internet kiểu tiên lượng liệu Mặc khác nhận nhiệt độ độ ẩm từ vườn để kết hợp với điều tiên lượng đưa hệ thống điều khiển bơm tưới cho hợp lý Trong trình thực luận văn tác giả nhận thấy lĩnh vực cịn nhiều khía cạnh làm rõ Tác giả học hỏi nhiều điều [9] 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T Tùng, "Trang ngoại giao kinh tế," 01 01 2019 [Online] Available: https://ngkt.mofa.gov.vn/forums/lao/ban-tin-kinh-te-so-thang-01-2019/ [2] N Chinh, "QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN CAO SU CỦA VIỆT NAM," 2016 [Online] Available: http://nature.org.vn/vn/wpcontent/uploads/2016/08/050816_MrChinh-Cao-su-CLV.pdf [3] T c L - Việt, "Khả phát triển ngành cao su Lào," [Online] Available: https://tapchilaoviet.com/tin-ngay/kha-nang-phat-trien-nganh-cao-su-lao4538.html [Accessed 2019] [4] T Lê, "Cao su Việt Nam nỗ lực giữ vững vị trí tốp đầu giới," [Online] Available: http://baochinhphu.vn/Doanh-nghiep/Cao-su-Viet-Nam-no-luc-giuvung-vi-tri-top-dau-the-gioi/375651.vgp [Accessed 21 2019] [5] Đ Quỳnh, "Thị trường cao su 2019 nhiều bất định," [Online] Available: http://tapchicaosu.vn/tin-tuc/thi-truong-cao-su/thi-truong-the-gioi/thi-truongcao-su-2019-con-nhieu-bat-dinh.html [Accessed 23 2019] [6] T N Thuận, Quy trình kỹ thuật cao su, Hồ Chí Minh, 2012 [7] Maka, "Hệ thống tưới nhỏ giọt," [Online] Available: https://maka.vn/blogs/giai-phap-tuoi-nho-giot/he-thong-tuoi-nho-giot-chocay-la-gi [Accessed 10 10 2019] [8] H V Ngo Van Hoa, "A survey on the initial value problems of fuzzy implicit fractional differential equations," 2019 [9] S K B Z B J Marko Klopcic, "REAL-TIME FUZZY VISUAL CONTROL" [10] Đ K Thành, "KỸ THUẬT THU HOẠCH MỦ CAO SU," Tài liệu khuyến nông cao su, 2019 ... *** XAYAPATH SANTISOUK TỐI ƯU LƯỢNG NƯỚC TƯỚI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CÂY CAO SU GIỐNG TẠI TỈNH CHAMPASAK Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Mã số: 8480201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN... Cao su Việt Nam, Công ty Cao su Quảng Trị, Công ty cổ phần cao su Việt Lào, việc trồng cao su làm tốn nhiều nước để tưới cay cao su giai doàn trồng cay giống cao su, nguồn nước ngầm tự nhiên vô... lượng xuất cao- su đạt 1,56 triệu với kim ngạch xuất tỷ USD tăng 13,2% lượng giảm 7,1% giá trị Năm 2019, ngành cao su Việt Nam vươn lên vị trí thứ su? ??t, thứ sản lượng thứ xuất thị trường cao su