Hệ thống tưới cây cao su thông minh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - KEOVILAY SONEPHET HỆ THỐNG TƢỚI CÂY CAO SU THÔNG MINH C C R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ Đà Nẵng – Năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - KEOVILAY SONEPHET HỆ THỐNG TƢỚI CÂY CAO SU THÔNG MINH C C Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH R L T Mã số: 8480101 DU LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH HỮU HƢNG Đà Nẵng – Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt đƣợc luận văn sản phẩm cá nhân,là kết đạt đƣợc trình học tập nghiên cứu khoa học độc lập Toàn nội dung luận văn, điều đƣợc trình bày cá nhân đƣợc tổng hợp từ nguồn tài liệu liệt kê tài liệu tham khỏa Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các tài liệu, kết nghiên cứu đƣợc nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khoa học khác Đà Nẵng.ngày 10 tháng 04 năm 2021 HỌC VIÊN C C R L T DU Keovilay sonephet ii TÓM TẮT LUẬN VĂN HỆ THỐNG TƢỚI CÂY CAO SU THÔNG MINH Học viên: Keovilay Sonephet Chuyên ngành: khoa học máy tính Mã số: 8480101 khóa K38 Trƣờng Đại Học Bách Khoa-ĐHĐN TÓM TẮT: Xác định lƣợng nƣớc tƣới hợp lý điều quan trọng cần thiết nhằm việc tiết kiệm nguồn nƣớc tƣới nhƣ tài sản hệ thống Suốt trình học tập tác giả đƣợc tiếp cận Fuzzy logic tác giả dùng để xác định tối ƣu thời gian tƣới nƣớc trình sản xuất cao su giống Qua việc khảo sát tỉnh, nhà nhận thấy C C ngƣời nông dân tƣới theo phƣơng pháp thủ công dựa theo kinh nghiệm Cuối R L T tác giả hoàn thành luận văn với thử nghiệm đƣợc tuần nhà vƣờn thuộc tỉnh Savannakhet DU Từ khóa: Hệ thống, xử lý, thơng tin, cơng nghệ, ứng dụng, liệu THESIS SUMMARY INTELLIGENT RUBBER PLANTS SYSTEM Summary: Determining the appropriate amount of irrigation water is important and necessary to save irrigation water resources as well as the property of the system During the learning process, the author had access to Fuzzy logic and the author used to determine and optimize the watering time in the rubber seedling production process Through surveys in the province, the family found that farmers still irrigate manually and based on experience Finally, the author also completed the thesis with a 2-week trial at the garden house in Savannakhet province Key wodr: Systems, processing, information, technology, applications, data iii MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 Nhu cầu nƣớc 1.1.2 Thị trƣờng Việt Nam C C R L T DU 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 Nƣớc tƣới 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 tƣới nhỏ giọt 10 1.4 Kết luận 11 CHƢƠNG 2TẬP MỜ - LOGIC MỜ 12 2.1 Lý thuyết tập mờ 12 2.1.1 Tập mờ 12 2.1.2 Biến ngôn ngữ 14 2.1.3 Các phép tính tập mờ 15 2.1.4 Một số khái niệm đặc trƣng tập mờ 17 2.2 Quan hệ mờ 18 2.3 Quy trình hoạt động Logic mờ 18 2.3.1 Mờ hóa 19 iv 2.3.2 Thiết bị 19 2.3.3 Giải mờ 19 2.4 Phƣơng pháp xây dựng mô hình 19 2.4.1 Mơ hình tam giác 19 2.4.2 Mơ hình hình thang 20 2.5 Các phƣơng pháp giải mờ 20 2.5.1 Phƣơng pháp cực đại 21 2.5.2 Phƣơng pháp điểm trọng tâm 22 CHƢƠNG 3THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 3.1 Giới thiệu 24 3.2 Thành phần hệ thống 26 3.2.1 Hệ thống server 26 3.2.2 Thiết bị M5Go 27 3.2.3 Thiết bị input output hệ thống 28 C C R L T 3.3 Quá trình thực hệ thống 31 3.3.1 Xây dựng biến ngôn ngữ 31 3.3.2 Thu thập tín hiệu 32 DU 3.3.4Thể ngôn ngữ lập trình 37 3.4 Xây dựng chƣơng trình 42 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN43 4.1 Mơ hình hệ thống 43 4.2 Phƣơng pháp điều khiển hệ thống 44 4.2.1 Phƣơng pháp thủ công 46 4.2.2 Phƣơng pháp điều khiển mờ 47 4.3.kết luận 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 v 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 C C R L T DU vi DANH MỤC HÌNH Hình 1 Mật độ trồng cao su vƣờn Hình Sản phẩm định thời Nima Hình Bộ biến tần CPC316 10 Hình Mơ hình tƣới nhỏ giọt Maka .11 Hình Biểu diễn tập rõ 12 Hình 2 Các thành phần qui trình hoạt động hệ logic mờ 18 Hình Mơ hình tam giác việc xác định tốc độ 19 Hình Mơ hình hình thang 20 C C Hình Phƣơng pháp giải mờ cực đại 21 R L T Hình Đồ thị biểu diễn áp dụng nguyên lý trung bình .21 Hình Đồ thị biểu diễn cách áp dụng nguyên lý cận trái 22 DU Hình Đồ thị biểu diễn cách áp dụng nguyên lý cận phải 22 Hình Phƣơng pháp tính điểm trọng tâm 23 Hình Thành phần luồng liệu hệ thống 24 Hình Sử dụng Nodejs 10.16.3 .25 Hình 3 Board mạch ESP 8266 26 Hình Cảm biến DTH 11 .26 Hình Cấu hình máy server sử dụng hệ thống .27 Hình Thiết bị học tập M5GO .28 Hình Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ 28 Hình Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 29 Hình Tín hiệu bắt đầu đọc liệu cảm biến 29 Hình 10 Module relay 31 Hình 11 Sơ đồ luồng liệu hệ thống .42 vii Hình Hệ thống tƣới nƣớc vƣờn cao su giống .44 Hình Mơ hình lắp đặt nguồn nƣớc tƣới thử nghiệm 45 Hình Mơ hình thử nghiệm nhà 46 C C DU R L T viii DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1 Thông số nhiệt độ từ internet đƣợc chuẩn hóa 33 Bảng 3-2 Thông số độ ẩm từ internet đƣợc chuẩn hóa 33 Bảng 3-3 Thông số nhiệt độ đọc đƣợc từ khu vƣờn chuẩn hóa 35 Bảng 3-4 Thông số độ ẩm đọc đƣợc từ khu vƣờn chuẩn hóa 35 Bảng 3-5 Thang đo thời gian bật bơm 35 Bảng 4-1 Bảng số liệu thời gian tƣới theo phƣơng pháp thủ công 46 Bảng 4-2 Bảng số liệu thời gian tƣới theo phƣơng pháp luận văn 47 C C DU R L T 44 C C R L T DU Hình Hệ thống tưới nước vườn cao su giống 4.2 Phƣơng pháp điều khiển hệ thống Hệ thống thử nghiệm đƣợc thiết kế phần gồm: hệ thống dẫn nƣớc tƣới, hệ thống điện điều khiển dùng cho bơm hệ thống thiết bị thu nhận tín hiệu, xử lý Sử dụng cao su giống 45 Thiết kế xây dựng hệ thống mẫu, đánh giá kết Hệ thống đƣợc thiết kế với nguồn nƣớc tƣới lấy từ bồn, đƣợc bơm hút lên tƣới quanh gốc với phƣơng pháp dùng bec phun nƣớc Mỗi trụ cao 70 cm, chiều rộng 100 cm dài 300 cm Kết nối ống nƣớc lại với Mỗi cao su đƣợc đặt cách 20 cm C C R L T DU Hình Mơ hình lắp đặt nguồn nước tưới thử nghiệm Sử dụng ống dẫn nƣớc nhựa PVC kết hợp bec phun sƣơng phi 21, bán kính tƣới đến 0,5 m, họng phun 1.4 ly Mỗi bec liên tục phun đƣợc 50 lít nƣớc Tƣơng đƣơng phút 0.83 lít nƣớc Hệ thống sử dụng bơm điện công suất 0.5HP sử dụng nguồn nƣớc trực tiếp từ bể chứa nƣớc 46 Hình Mơ hình thử nghiệm nhà C C 4.2.1 Phương pháp thủ công Với phƣơng pháp thủ công công nhân nhà nông tƣới từ sáng sớm chiều mát Mỗi lần tƣới kéo đƣờng ống tới gốc Khi có cảm nhận nơng dân gốc cao su khơng đƣợc tƣới Trung bình 1m2 nơng dân tƣới khoảng phút Tác giả sử dụng bơm 0.5 HP để thử nghiệm thời gian tƣới Sau R L T DU có kết quả: Bảng 4.1 Bảng số liệu thời gian tƣới theo phƣơng pháp thủ công Số lần Vùng tƣới (m2) Số cao su Thời gian tƣới 1 18 50 giây 18 62 giây 36 118 giây 36 125 giây Theo luận văn nhận thấy thời gian tƣới nơng dân phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm ngƣời tƣới Cũng có ảnh hƣởng thời tiết nhiên thời điểm ghi số liệu khơng bị ảnh hƣởng thời tiết 47 Biểu đồ thời gian tƣới vùng tƣới 140 120 100 80 60 40 20 C C m2 m2 Column1 R L T 4.2.2 Phương pháp điều khiển mờ Thực nghiệm phƣơng pháp hệ thống, tác giả tiến hành lắp đặt hoàn thiện hệ thống sử dụng vùng diện tích tƣới khoảng 3m2 50 cao su Cùng thời gian DU tƣới ngƣời nông dân Tác giả nhận đƣợc bảng số liệu sau: Bảng 4.1 Bảng số liệu thời gian tƣới theo phƣơng pháp luận văn Số lần Nhiệt độ Độ ẩm Nhiệt độ Độ ẩm Thời gian điều (Internet) (Internet) (Vƣờn) (Vƣờn) khiển bơm 31 55 30 40 150 giây 31 55 33 42 165 giây 31 55 32 65 15 giây Với bảng số liệu tác giả nhận thấy thời gian tƣới phƣơng 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 tƣới hiệu hệ thống Việc tƣới nƣớc hồn tồn tự động hệ thống tự điều chỉnh thời gian tƣới phù hợp với liệu nhiệt độ, độ ẩm vƣờn liệu internet Nhƣ vậy, hệ thống góp phần giảm nhân cơng, tiết kiệm chi phí nhân lực; đồng thời việc phân tích yếu tố mơi trƣờng để điều chỉnh lƣợng nƣớc tƣới góp phần đảm bảo lƣợng nƣớc tƣới phù hợp cho mà tiết kiệm đƣợc nguồn nƣớc quý giá 48 4.3 Kết luận hƣớng phát triển Qua thời gian thực luận văn tác giả vận dụng đƣợc kiến thức học suốt q trình học tập, ứng dụng để hồn thành luận văn Mục đích luận văn tìm hiểu ứng dụng cơng nghệ vào quy trình tƣới nƣớc cho cao su, góp phần thúc đẩy phát triển ngành cao su cho đất nƣớc Bằng công việc nhỏ tác giả Khi sử dụng hệ thống tƣới thông minh, thời gian tƣới đƣợc xác định thông qua việc lấy nhiệt độ, độ ẩm từ internet nhƣ kiểu tiên lƣợng liệu Mặt khác nhận nhiệt độ độ ẩm từ vƣờn để kết hợp với điều tiên lƣợng đƣa hệ thống điều khiển bơm tƣới cho hợp lý Do thời gian có hạn việc thiết kế hệ thống em cịn nhiều sai sót Hệ thống chƣa tối ƣu, việc điều khiển từ xa lấy phát thông tin chƣa thành công Phát triển liệu máy tính chƣa phát huy đƣợc hết tính tốt Em mong đƣợc ủng hộ giúp đỡ thầy giáo để đề tài em thực đƣợc hồn thiện có C C thêm nhiều cải tiến đáng kể ứng dụng tốt vào thực tiễn DU R L T 49 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI : Đo thông báo đƣợc thông số môi trƣờng xung quanh - Đo đƣợc thông số độ ẩm môi trƣờng xung quanh - Đo thông số nhiệt độ thời tiết địa phƣơng - Thông báo trạng thái thời tiết - Đƣa thông tin đo lên thẻ nhớ liệu thông báo việc tƣới tiêu Phát triển giao diện giám sát mô phần mềm - Phát triển lập trình qua cổng COM lập trình arduino - Thêm phần điều khiển động bơm, trực tiếp giao diện C# - Có thể up load file liệu nhận trục tiếp từ cổng COM lên giao diện 3.Đƣa đề tài phát triển rộng rãi vào thực tế - Trƣớc hết áp dụng mơ hình trồng cây, rau, hoa cảnh hộ gia đình - Có thể phát triển khu sản xuất rau diện rộng C C -Trên thực tế điều khiển từ xa lấy thông tin qua máy tính DU R L T 50 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] C C R L T [5] Đ Quỳnh, "Thị trƣờng cao su 2019 nhiều bất định," [Online] Available: http://tapchicaosu.vn/tin-tuc/thi-truong-cao-su/thi-truong-the-gioi/thi-truong-caosu-2019-con-nhieu-bat-dinh.html [Accessed 23 2019] DU [6] T N Thuận, Quy trình kỹ thuật cao su, Hồ Chí Minh, 2012 [7] Maka, "Hệ thống tƣới nhỏ giọt," [Online] Available: https://maka.vn/blogs/giaiphap-tuoi-nho-giot/he-thong-tuoi-nho-giot-cho-cay-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 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... nhƣ Tập đồn Cao su Việt Nam, Công ty Cao su Quảng Trị, Công ty cổ phần cao su Việt Lào, nhƣ việc trồng cao su làm tốn nhiều nƣớc để tƣới cay cao su giai doàn trồng cay giống cao su, nguồn nƣớc... Cao su Việt Nam, Công ty Cao su Quảng Trị, Công ty cổ phần cao su Việt Lào Thái Lan có cơng ty đầu tƣ cao su Lào Công ty cao su ThaiHua, tỉnh Udonthani Trung Quốc có đơn vị đầu tƣ trồng cao su. .. nâng cao mức sống Tuy nhiên, để cao su đạt su? ??t cao cần đảm bảo lƣợng nƣớc tƣới phù hợp theo giai đoạn Trƣớc bối cảnh tại, đề xuất phƣơng án ứng dụng hệ thống tƣới nƣớc thông minh cho cao su nói