Thiết kế mô hình hệ thống Aquaponics dựa trên thuật toán điều khiển thời gian thực

Bài viết trình bày một giải pháp thiết kế hệ thống aquaponic – nuôi trồng thủy sản và trồng cây theo phương pháp thủy canh dựa trên nền tảng FreeRTOS. Hệ thống được tích hợp các cảm biến cho phép điều khiển, giám sát tình trạng của aquaponic thông qua IoT nhằm đảm bảo hiệu quả của quá trình nuôi trồng thủy sản. Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra mức độ tối ưu phân phối thời gian khi sử dụng FreeRTOS so với các công nghệ truyền thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế mô hình hệ thống Aquaponics dựa trên thuật toán điều khiển thời gian thực Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Thiết kế mô hình hệ thống Aquaponics dựa trên thuật toán điều khiển thời gian thực Phạm Chí Kiên*, Nguyễn Đình Tuấn**, Phan Thị Thanh Ngọc* Nguyễn Đăng Khoa***, Lê Anh Ngọc* *Trường Đại Học Điện Lực Email: anhngoc@epu.edu.vn **Cục Công nghệ thông tin, Bộ công an *** Trường Đại học Phenikaa Email: khoa.nguyendang@phenikaa-uni.edu.vn Tóm tắt – Bài báo trình bày một giải pháp thiết kế hệ thống Bài báo được trình bày với nội dung sau: Phần II giới aquaponic – nuôi trồng thủy sản và trồng cây theo phương pháp thủy canh dựa trên nền tảng FreeRTOS. Hệ thống thiệu tổng quan về Aquaponnics, dịch vụ điện toán đám được tích hợp các cảm biến cho phép điều khiển, giám sát mây và các hệ điều hành thời gian thực RTOS (Real tình trạng của aquaponic thông qua IoT nhằm đảm bảo Time Operating Systems). Trong phần III, chúng tôi đề hiệu quả của quá trình nuôi trồng thủy sản. Kết quả thực xuất hệ thống Aquaponics sử dụng nền tảng FreeRTOS. nghiệm đã chỉ ra mức độ tối ưu phân phối thời gian khi sử Phần IV cung cấp các kết quả thử nghiệm và đánh giá. dụng FreeRTOS so với các công nghệ truyền thống. Cuối cùng, kết luận bài báo được trình bày trong phần V. Từ khóa- FreeRTOS, Ubidots, Aquaponics, realtime scheduling II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG AQUAPONICS, DỊCH VỤ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY I. GIỚI THIỆU VÀ FREERTOS Việt Nam vẫn là một trong những nước chú trọng việc 2.1. Hệ thống Aquaponics nuôi trồng thủy hải sản. Tuy nhiên, nguồn nước đang bị ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nuôi cá và Mô hình Aquaponics là sự kết hợp của cả hai hệ thống: trồng trọt. Hơn nữa, diện tích đất nông nghiệp đang bị Nuôi trồng thủy sản (aquaculture) và trồng cây theo giảm, nên áp dụng công nghệ và tự động hóa nhằm giúp phương pháp thủy canh (hydroponics) [1,2]. Sự kết hợp tiết kiệm tài nguyên đất và nước, kết hợp với chọn lựa này mang lại lợi ích thiết thực và tính độc đáo. Thay vì các loại sản phẩm để mang lại năng suất tối đa cho nông bổ sung phân bón và các hóa chất để trồng cây, mô hình nghiệp. Aquaponics là một hệ thống nông nghiệp bền này sử dụng chất thải từ cá nhờ sự chuyển hóa từ các vững trong một môi trường cộng sinh bằng cách kết hợp loài vi sinh vật thành chất dinh dưỡng cần thiết và đầy nuôi trồng thủy sản và thủy canh. Hệ thống nước cần đủ cho sự phát triển của cây. Ngược lại, thay vì xả nước được phân bổ trên môi trường trồng định kỳ để đảm bảo ra môi trường, nó sử dụng cây trồng để làm sạch nước cây có được các chất dinh dưỡng, trong khi nước có thể và trả lại cho bể cá. Nước này có thể được tái sử dụng được lọc đúng cách bằng môi trường. vô thời hạn và chỉ cần thay thế khi nó bị mất do bay hơi (Hình 1). Hiện nay mô hình Aquaponics truyền thống chưa đáp ứng đủ nhu cầu của sản xuất. Đặc biệt, các thông số đo đạc của mô hình aquaponic cần được theo dõi, điều khiển và giám sát qua Internet, điện toán đám mây. Điều đó dẫn đến vấn đề xử lý dữ liệu cần phải có những đáp ứng nhanh chóng. Cách giải quyết vấn đề đó là tăng tốc độ của bộ xử lý trung tâm, tối ưu các tác vụ, tăng băng thông truyền dữ liệu…. Tuy nhiên, các hệ thống Aquaponics IoT (Internet of things) cũ không đáp ứng được do không có cơ chế ưu tiên thực thi các tác vụ và kinh phí thực hiện xây dựng khá cao. Để xử lý vấn đề đó, bài báo này đề xuất giải pháp sử dụng FreeRTOS trong việc phân phối và tối ưu các tác vụ thu thập dữ liệu cảm biến và các tác vụ điều khiển từ máy chủ Hình 1: Mô hình Aquaponics xuống. ISBN: 978-604-80-5076-4 330 Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Một số yếu tố chính cần quan tâm của Aquaponics: Oxy OpenIoT, Google Cloud, Amazon, GENI, Ubidots... Ví hòa tan: Cá cần oxy để sống vì vậy cũng cần chú ý đến dụ, Xively đại diện cho một trong những ứng dụng đầu việc đảm bảo hàm lượng oxy thích hợp cho cá phát tiên đưa ra dịch vụ lưu trữ dữ liệu từ cảm biến và hiển triển. Hàm lượng oxy hòa tan thường thấp vào lúc sáng thị trên website. Xively hướng đến mục tiêu đảm bảo sớm và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như mật độ cá, kết nối giữa thiết bị và ứng dụng phần mềm theo thời nhiệt độ nước, độ mặn,… người sử dụng nên có bộ dụng gian thực. Xively cung cấp một nền tảng như giải pháp cụ kiểm tra hàm lượng oxy hàng ngày để đảm bảo cho phù hợp cho lập trình viên và nhà cung cấp dịch vụ. Nó cá phát triển tốt. giúp thống nhất các thiết bị thông qua nền tảng bởi những bộ thư viện có sẵn (như ARM mbed, Electric Nhiệt độ: Nhiệt độ n ...