Hệ thống chăm sóc vườn cây chôm chôm bán tự động

Nội dung text: Hệ thống chăm sóc vườn cây chôm chôm bán tự động

1. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN CÂY CHÔM CHÔM BÁN TỰ ĐỘNG Đỗ Quốc Duy*, Mai Minh Mẫn, Huỳnh Hội Thành Lợi Trường Đại học Tôn Đức Thắng *Tác giả liên lạc: 41402002@student.tdtu.edu.vn TÓM TẮT Trong đề tài này, chúng tôi thiết kế một hệ thống tưới cho vườn cây chôm chôm đơn giản và dễ sử dụng cho người nông dân với mục đích tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành nhất có thể. Arduino là vi điều khiển trung tâm được tích hợp nhiều cảm biến như: cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, mưa, dựa trên nền tảng công nghệ Intrernet of Things (IoT). Dự án này được đề ra với mục đính giảm thiểu chi phí vận hành, giảm lượng nước thải và giảm chi phí nhân công. Hệ thống có thể đo được độ ẩm của đất, các dữ liệu cần thiết và truyền đến trung tâm điều khiển thông qua công nghệ truyền dữ liệu vô tuyến. Hệ thống có thể dễ dàng điều khiển bằng giao diện đồ họa trên nền tảng Android hoặc IOS. Hơn thế nữa, Hệ thống có thể sử dụng dễ dàng tại vườn bằng cách điều khiển thông qua một thẻ RFID hoặc bàn phím số có độ bảo mật cao giúp người lạ không thể can thiệp vào hệ thống. Các cảnh báo cũng được gửi về cho người dùng thông qua App về các trạng thái hoạt động của hệ thống cũng như các các cảnh báo quan trọng mà người sừ dụng cần biết. Từ khóa: Công nghệ IoT, nông nghiệp thông minh, truyền dữ liệu RF. A SEMI – AUTOMATION OF SMART GARDEN WATERING SYSTEM FOR THE RAMBUTAN TREE Do Quoc Duy*, Mai Minh Man, Huynh Hoi Thanh Loi Ton Duc Thang University *Corresponding Author: 41402002@student.tdtu.edu.vn ABSTRACT In our project, we design a new smart garden watering system for the rambutan tree that implements easy-to-use, energy-efficient, and cost-effective devices. Arduino and Micro-controller, which are implemented in this system are integrated with multi-sensors such as moisture sensors, rain sensors, and temperature sensors base on the Internet of Things (IoT). This project managed to reduce cost, minimize wastewater, and reduce physical human interface. The system also managed to measure the moisture of the soil, a sensors able to measure the data and transmit to the center based on the RF (Radio Frequency) technology. It is conducted with Graphic User Interface (GUI) using Android/ IOS application to active watering activity. Moreover, the system can be easily by using the manual as an RFID card or keypad, etc. The alert of the system is also sent to the home user for alert purposed either for normal or critical operations. An experimental setup has been tested, and it is proven that the system can intelligently control, monitor the soil moisture and water levels in the experiment field smart garden about 1000m2 in Ben Tre province. Keywords: Internet of things, smart agriculture, RF (Radio Frequency). 473
2. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học TỔNG QUAN rãi vì lợi ích kinh tế mà nó mang lại. Việc chọn đề tài xuất phát từ thực tế của mô hình trồng cây chôm chôm ở LINH KIỆN CẦN THIẾT VÀ nước ta chủ yếu trên diện tích vừa và PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU nhỏ. Tuy nhiên, do yếu tố địa hình, Linh kiện được sử dụng vườn cây thường được trồng ở xa nơi ở Các cảm biến thu thập thông tin môi của người nông dân, thường bị ngăn trường như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, cách bởi sông ngòi, kênh rạch chằng độ ẩm đất, cảm biến mưa . Vi điều chịt nên thường mất rất nhiều thời gian, khiển Arduino, HC12. Module công sức để có thể vào vườn cây tưới thu/phát wifi ESP8266, App Blynk. tiêu khi cần thiết. Mặt khác, nhóm Xây dựng sơ đồ giải thuật và chương nhận định những công việc tưới/xả trình ứng dụng dựa vào các cảm biến vườn cây, lưu lượng tưới là những trên với vi điều khiển trung tâm là công việc lặp đi lặp lại và có thể được Arduino trong đó các trạm con sẽ thu tự động hóa để tối ưu hóa quy trình sản thập thông tin của môi trường và gửi xuất. Việc theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, qua trạm chính thông qua HC12. Dữ tình trạng thời tiết của vườn cây sẽ liệu được thu thập sẽ được gửi lên giúp người nông dân có thể chủ động server thông qua module ESP8266. quyết định việc tưới/xả cho vườn một App Blynk sẽ quản lý dữ liệu này và cách hợp lý từ xa không cần phải trực hiển thị ra giao diện để người dùng có tiếp vào vườn mà vẫn đảm bảo hiệu thể quan sát và điều khiển hệ thống. quả sản xuất. Cách làm này sẽ tiết kiệm Phương pháp nghiên cứu công sức, thời gian lao động đồng thời Quy trình nghiên cứu của nhóm được tăng tính hiệu quả kinh tế vì có thể tiến hành như sau: tưới/xả theo một lưu lượng nhất định, Kiểm tra hoạt động của board mạch tránh gây lãng phí về mặt năng lượng Arduino (điện, nước, ) so với cách chăm sóc Thông qua đó tích lũy những kinh thủ công. nghiệm quý báu cho việc thiết kế, lập Đối tượng nghiên cứu được hướng đến trình hệ thống. trong nghiên cứu khoa học của nhóm Xây dựng từng phần các module là công nghệ IoT. Việc ứng dụng công phần cứng nghệ IoT trong nông nghiệp, cụ thể Dựa vào phần mềm được nhóm phát trong bài nghiên cứu khoa học này là triển dựa vào mục đích nghiên cứu. trong việc chăm sóc vườn cây chôm Đánh giá tính khả thi và điều chỉnh số chôm phù hợp với xu hướng hiện nay liệu để hệ thống đạt được chất lượng của thị trường. Trong bối cảnh Việt tối đa. Nam đang chuyển đổi sang kinh tế số Xây dựng mô hình thực tế và hội nhập với cuộc cách mạng công Tiến hành chạy thử và đánh giá tính nghiệp 4.0 thì ứng dụng IoT là rất quan hiệu quả của mô hình. Kiểm tra, đánh trọng, đặc biệt trong lĩnh vực thế mạnh giá quá trình hoạt động của hệ thống để của Việt Nam là nông nghiệp. Việc làm giảm thiểu các rủi ro đáng tiếc có thể ra các mô hình thực tế với quy mô vừa xảy ra, nhằm tiết kiệm về mặt thời gian và nhỏ phù hợp với thực tế trồng trọt ở và chi phí trước khi nhân rộng mô hình nước ta và có thể được áp dụng rộng thực tế. 474
3. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Hình 1. Sơ đồ giải thuật tổng thể của hệ thống Phân tích thống kê số liệu so sánh với những phương pháp thủ Các kết quả thực nghiệm được phân công truyền thống thông thường. Kết tích bằng việc thu thập các số liệu thực quả phân tích cụ thể như sau (trong tế trong quá trình vận hành hệ thống và vòng 1 tháng thực nghiệm). Bảng 1. Thống kê năng lượng tiêu thụ của hai phương pháp Phương pháp truyền Phương pháp do nhóm thống nghiên cứu, chế tạo Lượng nước tiêu thụ 960 m3 390 m3 Lượng điện tiêu thụ 37.5 kW 11.25 kW KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các kết quả trên phù hợp với những Kết quả yêu cầu đặt ra ban đầu. Các kết quả này Sau một thời gian nghiên cứu và thiết về: kế, nhóm đã tạo ra được mô hình tưới Kỹ thuật: Xây dựng hệ thống hoàn cây chôm chôm tự động và lắp đặt đi chỉnh trên diện tích đất phù hợp với vào sử dụng thực tế có diện tích quy mô ban đầu đặt ra thông qua các 1000m2 được thực hiện tại vườn cây thiết bị (máy bơm, hệ thống ống nước, của chú Mai Văn Tiếp, xã Vĩnh Bình, tủ điện ). Sử dụng điện lưới có điện áp huyện Chợ Lách, tỉnh Bến Tre. Hệ xoay chiều 220V tần số 50Hz để điều thống có thể đáp ứng những yêu cầu cơ khiển đồng thời thu thập thông tin môi bản sau: trường nơi lắp đặt hệ thống và đưa lên Thực hiện việc tưới cây theo nhiều App giúp người sử dụng dễ dàng giám cách khác nhau: Tự động/ bán tự động/ sát vườn cây. Kết quả này góp phần thủ công từ xa hoặc tại vườn cây. ứng dụng vào nền nông nghiệp hiện Thu thập các thông số môi trường cần đại, phục vụ cho nhu cầu của người sử thiết như nhiệt độ, độ ẩm từ đó có dụng. những điều chỉnh phù hợp với sự phát Thực tiễn: Sản phẩm giúp giảm công triển của cây. sức, thời gian lao động cho người trồng Giám sát, điều khiển hệ thống qua App cây đồng thời mang lại hiệu quả kinh trên điện thoại. tế vượt trội. Có thể được áp dụng rộng Thảo luận rãi và đưa vào sử dụng thực tế tại nhiều 475
4. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học địa phương với những điều kiện địa và có thể ứng dụng công nghệ cao vào hình, thổ nhưỡng và loại cây trồng sản xuất nông nghiệp một cách rộng khác nhau. Hệ thống giúp việc tưới tiêu rãi, cần có một cái nhìn và đầu tư một của người nông dân trở nên dễ dàng, cách đúng đắn so với những hiệu quả thuận tiện, nhanh chóng, hiệu quả. kinh tế mà nó mang lại. Nhóm đề xuất việc đề ra một số tiêu chí về nông KẾT LUẬN nghiệp ứng dụng công nghệ cao như Ưu điểm sau: Mô hình vườn chôm chôm ứng dụng Tiêu chí kỹ thuật: Là có trình độ công công nghệ IoT do nhóm nghiên cứu, nghệ tiên tiến để tạo ra sản phẩm có phát triển và tiến hành lắp đặt trên thực năng suất tăng ít nhất 30% và chất tế có những ưu điểm nhất định so với lượng vượt trội so với công nghệ đang những hệ thống có sẵn trên thị trường sử dụng. như sau: Tiêu chí kinh tế: Là sản phẩm do ứng Ứng dụng công nghệ IoT vào sản xuất dụng công nghệ cao có hiệu quả kinh nông nghiệp công nghệ cao, phù hợp tế cao hơn ít nhất 30% so với công với mô hình nông nghiệp 4.0 mà nước nghệ đang sử dụng, ngoài ra còn có các ta đang hướng đến. tiêu chí xã hội, môi trường khác đi Cho phép người dùng điều khiển, giám kèm. Nếu là doanh nghiệp nông nghiệp sát từ xa thông qua App di động. ứng dụng công nghệ cao, phải tạo ra Tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có giúp sản phẩm tốt, năng suất hiệu quả tăng giảm giá thành sản phẩm, tăng ưu thế ít nhất gấp 2 lần. cạnh tranh so với các hệ thống khác do Hướng phát triển những hiệu quả mà nó đạt được. Sử dụng những công nghệ khác tân tiến Tiết kiệm thời gian lao động, giảm hơn, ứng dụng trên diện tích canh tác công sức lao động của người nông dân lớn hơn phù hợp với mục đích chuyên mà vẫn đem lại hiệu quả cao. canh nông nghiệp. Thu thập thông tin của môi trường, Việc đưa các tiêu chí về nền nông giúp người dùng chủ động thay đổi phù nghiệp hiện đại vào sản xuất sẽ giúp hợp với mục đích sản xuất. mọi người thấy được hiệu quả kinh tế Nhược điểm của mô hình so với chi phí đầu tư ban Ngoài những ưu điểm kể trên, mô hình đầu bỏ ra. Mô hình chăm sóc vườn cây vẫn tồn tại những nhược điểm cần chôm chôm bán tự động do nhóm được khắc phục để có thể ứng dụng nghiên cứu có thể áp dụng cho nhiều rộng rãi sản xuất, cụ thể là: loại cây ăn trái lâu năm khác nhau như: Chi phí lắp đặt lúc đầu tương đối cao nhãn, sầu riêng, cam, hoặc có thể so với các hệ thống có sẵn trên thị phát triển thành các hệ thống tưới phun trường do phải lắp đặt thêm hệ thống sương, nhỏ giọt phù hợp cho các lại rau cảm biến, vi điều khiển màu ngắn ngày. Hệ thống còn có thể Quy trình lắp đặt tương đối phức tạp, thay đổi các cảm biến và phương pháp đòi hỏi người lắp đặt có kiến thức nhất điều khiển phù hợp để áp dụng ở nhiều định về kỹ thuật. địa phương với điều kiện môi trường, Còn hạn chế về cơ sở hạ tầng đối với địa hình, thổ nhưỡng khác nhau. các địa phương vùng sâu vùng xa, chưa Để phát triển hệ thống lớn hơn có thể được phủ sóng mạng di động. đáp ứng cho các vườn với quy mô lớn Khuyến nghị thì hệ thống cần lắp đặt thêm nhiều Để khắc phục những nhược điểm trên trạm thu thập dữ liệu cảm biến ở nhiều 476
5. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học vị trí khác nhau để có độ chính xác cao. vườn thông qua RF tầm xa như LORA Sử dụng van nước điện từ để có thể để theo dõi các cảm biến và điều khiển điều khiển tưới với các mô hình canh nhiều vườn thông qua internet với cùng tác lớn nhằm giảm chi phí lắp đặt và một App. vận hành nhiều máy bơm. Tham gia gửi kết quả nghiên cứu đến Với các mô hình có nhiều vườn ở vị trí các tạp chí quốc tế về lĩnh vực nông khác nhau ta có thể quản lý một cách nghiệp thông minh, như tạp chí Sensor thuận tiện, dễ dàng bằng cách tạo một của nhà xuất bản MPDI, Thụy Sỹ board mạch trung tâm kết nối với nhiều ( TÀI LIỆU THAM KHẢO 477