Nghiên cứu xây dựng hệ thống tưới cây thông minh dựa trên nền tảng IoT

Trước tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay thì vấn đề đảm bảo nguồn nước tưới cho cây trồng là một trong những vấn đề được các nhà vườn đặc biệt quan tâm. Bài viết này sẽ phân tích lựa chọn giải pháp, công nghệ thiết kế hệ thống tưới cây thông minh, phù hợp với điều kiện khí hậu và canh tác tại Việt Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng hệ thống tưới cây thông minh dựa trên nền tảng IoT Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TƯỚI CÂY THÔNG MINH DỰA TRÊN NỀN TẢNG IOT Lê Hùng Lân1, Nguyễn Văn Hải1, Cồ Như Văn1, Trần Ngọc Tú1* 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội * Tác giả liên hệ: Email: tntu@utc.edu.vn Tóm tắt: Trước tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay thì vấn đề đảm bảo nguồn nước tưới cho cây trồng là một trong những vấn đề được các nhà vườn đặc biệt quan tâm. Và một trong những giải pháp được nhiều đơn vị áp dụng để đảm bảo ổn định việc tưới tiêu, giúp cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt, đó là áp dụng công nghệ tưới thông minh. Bài viết này sẽ phân tích lựa chọn giải pháp, công nghệ thiết kế hệ thống tưới cây thông minh, phù hợp với điều kiện khí hậu và canh tác tại Việt Nam. Từ khóa: IoT, mạng vô tuyến, Lora, giám sát, điều khiển. 3. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, ngành nông nghiệp trên thế giới đang phát triển theo hướng ứng dụng công nghệ cao, chuyển sản xuất nông nghiệp sang sản xuất mang tính công nghiệp mà điển hình là ngành nông nghiệp Israel, Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan… Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam cũng đang khuyến khích các hộ gia đình, các tổ chức trong và ngoài nước đầu tư sản xuất nông nghiệp theo hướng này, đây là hướng đi đúng, thúc đẩy phát triển nông nghiệp sạch phục vụ cho người tiêu dùng và xuất khẩu. Theo các chuyên gia công nghệ, việc áp dụng IoT vào sản xuất nông nghiệp được xem là một nền tảng để hình thành nền nông nghiệp thông minh. Trước sự ưu việt của IoT mang lại, nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã áp dụng vào sản xuất nông nghiệp, mang lại hiệu quả bất ngờ về năng suất, sản phẩm đạt chất lượng và hạ giá thành sản xuất. Một số công ty ở Việt Nam và trên thế giới cũng đã nghiên cứu chế tạo được các hệ thống tưới cây thông minh, tuy nhiên các hệ thống vẫn chưa phát huy hết hiệu quả, một số hệ thống chưa cho phép cài đặt linh hoạt các tham số hoạt động tùy biến của hệ thống cho người dùng hoặc một số hệ thống bị hạn chế số lượng cảm biến và loại cảm biến. Đặc thù như hệ thống tưới cây thông minh của công ty Murata là sản phẩm phát triển khá mạnh và được ứng dụng ở nhiều nơi, tuy nhiên bộ transmitter tối đa chỉ kết nối được 3 cảm biến, không thể kết nối được với cảm biến khác mà chỉ có thể kết nối và truyền dữ liệu với cảm biến của hãng đó, như vậy hệ thống áp dụng tốt ở các mô hình nông nghiệp tiêu chuẩn mà khó có thể mở rộng phát triển để ứng dụng ở các mô hình khác nhau trong nông nghiệp đặc thù như ở Việt Nam. Ngoài ra, trong nước mô hình theo dõi và tưới cây tự động của AgrHub với sản phẩm là Farmbox có nhiều chức -249- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải năng theo dõi cây trồng và tưới cây tự động, tuy nhiên hệ thống sử dụng loại cảm biến đo lường có giao thức kết nối kiểu BLE4.0 với khoảng cách truyền rất ngắn và IP5 nên không phù hợp với các vườn cây có diện tích lớn và không thể hoạt động liên tục ngoài trời. Đồng thời, việc tưới tiêu của các hệ thống trên không có sự linh hoạt trong việc điều khiển độc lập từng vùng tưới riêng biệt – tưới chế độ khác nhau cho mỗi vùng cây nhằm phù hợp với mỗi thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây. 4. NỘI DUNG 4.1. Phân tích lựa chọn giải pháp tưới cây Nước là một vật chất rất quan trọng cho sự sống, được con người sử dụng vào các mục đích khác nhau, như: sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, giải trí và môi trường…. Sự gia tăng dân số và sự phát triển của kinh tế - xã hội ngày càng cao đã khiến nhu cầu về nước không ngừng gia tăng. Tuy nhiên, tài nguyên nước là một tài nguyên có hạn, nếu không sử dụng hợp lý và tiết kiệm thì sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến sự sống con người. Đến nay, hệ thống tưới nhỏ giọt là biện pháp tưới tiêu tiết kiệm nước nhất, giảm đến 30-60% nước so với phương pháp tưới truyền thống. Nông dân có thể cung cấp nước, phân bón đến đúng vùng rễ tích cực với liều lượng nhỏ, vừa đủ để cây trồng hấp thu hết thông qua hệ thống máy bơm, van, đường ống dẫn nước, đường ống nhỏ giọt, và hiện đại hơn là kết nối với hệ thống máy tính kiểm soát. Hệ thống tưới sẽ được điều khiển bằng lưu lượng, thời gian hay bằng những sensor cảm biến ẩm độ hay nhiệt độ. Hệ thống điều khiển sẽ đóng mở máy bơm và van điện để tưới theo rất nhiều những chương trình tưới được lập trình sẵn hoặc tự động điều khiển hệ thống tưới phù hợp với thực tế. Hệ thống điều khiển có thể truyền tín hiệu bằng dây Cable hay tín hiệu sóng radio cho những diện tích lớn từ vài trăm đến hàng ngàn hecta. Ưu điểm dễ nhận thấy khi ứng dụng công nghệ tưới nhỏ giọt vào canh tác rau và hoa trong nhà kính, là người nông dân có thể tiết kiệm được từ 30 đến 50% lượng nước tưới, tiết kiệm đến 30% chi phí phân bón, tiết kiệm công chăm sóc, làm cỏ, bón phân. Thông qua hệ thống này, việc duy trì độ ẩm phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây cũng được thuận tiện và chính xác hơn rất nhiều so với phương pháp tưới khác. Như vậy nhìn một cách tổng thể, sử dụng hệ thống tưới nhỏ giọt này sẽ giúp người nông dân nâng cao mật độ canh tác, tăng năng suất, và quan trọng hơn là chất lượng nông sản luôn được đảm bảo qua việc quản lý được dinh dưỡng cây trồng. Ngoài việc lập lịch tưới cây hoặc điều khiển cưỡng bức, để hệ thống trở nên thông minh hơn và không cần sự can thiệp của con người thì hệ thống cần có chế độ hoạt động tự động thích ứng với điều kiện khí hậu, điều kiện đất trồng, như vậy hệ thống cần tích hợp các cảm biến đo lường – quan trắc môi trường đất, không khí và lượng mưa, làm nguồn thông tin dữ liệu đầu vào cho hệ thống có thể hoạt động hoàn toàn tự động phù hợp, giúp ti ...