Tài liệu [123doc] nghien cuu thiet ke vuon thong minh giam sat tu dong cho vuon trong rau an toan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn. Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Hoàng Dũng Sinh viên thực hiện : Lê Văn Hữu Trần Văn Phóng Trần Văn Đông Đỗ Văn Lợi Hà Nội, tháng 5 năm 2016 1 THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1. Tên đề tài - Nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn trồng rau an toàn. - Lĩnh vực: Kỹ thuật. - Hướng: Ứng dụng. 2. Giáo viên hướng dẫn TS. Nguyễn Hoàng Dũng 3. Danh sinh viên tham gia STT 1 2 3 4 Họ và tên Phân công công việc Thiết kế web, lập trình điều khiển Tiến độ Đã hoàn thành Lớp K15B Lê Văn Hữu TrầnVăn Phóng Trần Văn Đông Đỗ Văn Lợi Thiết lập server Thiết kế phần cứng của mạch Thiết kế thi công mô hình vườn Đã hoàn thành Đã hoàn thành Đã hoàn thành K15C K15B K15C 4. Thời gian thực hiện Từ 01 tháng 01 năm 2015 đến 14 tháng 5 năm 2016 5. Thời gian kết thúc thực tế (thời điểm nộp báo cáo kết quả) Tháng 05 năm 2016 1 MỤC LỤC MỤC LỤC................................................................................................................. 2 Lời cảm ơn................................................................................................................5 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI..............................................6 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................7 1. Tính cấp thiết.....................................................................................................7 2. Mục tiêu của đề tài............................................................................................8 3. Phương pháp tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của đề tài...........................8 3.1 Phương pháp tiếp cận..................................................................................8 3.2 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................8 4. Phạm vi nghiên cứu...........................................................................................9 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU...................................................................10 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................10 1. Đặt vấn đề........................................................................................................10 2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước...............................................................10 3. Đề xuất các giải pháp.......................................................................................11 3.1 Giám sát tự động hệ thống trồng thủy canh...............................................11 3.2 Giám sát tự động hệ thống tưới nhỏ giọt....................................................12 3.3 Giám sát tự động hệ thống tưới phun sương..............................................13 3.4 Phương pháp vườn đứng............................................................................14 4. Xác định phạm vi ứng dụng.............................................................................14 5. Máy tính mini OrangePi One...........................................................................14 5.1 Giới thiệu chung........................................................................................14 5.2 Các thông số cơ bản của OrangePi One.....................................................16 5.3 Xây dựng máy chủ.....................................................................................16 5.4 Tạo một orangepi server............................................................................16 6. Kết luận...........................................................................................................17 2 CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ KHỐI, CHỨC NĂNG, PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG..................................................................................................18 1. Sơ đồ khối hệ thống.........................................................................................18 Nhiệm vụ của từng khối trong hệ thống sẽ được trình bày cụ thể trong phần tiếp theo.......................................................................................................................... 18 2. Chức năng các khối và lựa chọn giải pháp cho các khối chính........................18 2.1 Khối nguồn................................................................................................18 2.2 Khối giám sát.............................................................................................19 2.3 Khối chấp hành điều khiển........................................................................19 2.4. Khối xử lý trung tâm.................................................................................20 2.5. Khối dữ liệu (sensor)................................................................................20 2.6. Khối xử lý dữ liệu cảm biến (Arduino nano)............................................20 3. Phân tích và thiết kế phần cứng.......................................................................20 3.1 Khối nguồn................................................................................................20 3.2 Khối dữ liệu (sensor).................................................................................21 3.3 Khối chấp hành (Relay 4 kênh).................................................................26 3.4 Khối xử lý dữ liệu cảm biến (Arduino Nano)............................................28 4. Phân tích và thiết kế web giám sát...................................................................29 4.1 Nhiệm vụ, chức năng của website.............................................................29 4.2 Thiết kế website.........................................................................................29 4.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Mysql................................................................34 5. Kết luận...........................................................................................................36 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI PHUN SƯƠNG...........................................................................................................37 1. Vật liệu và phương pháp..................................................................................37 1.1 Vật liệu......................................................................................................37 1.2 Phương pháp..............................................................................................37 2. Thiết kế bộ giám sát, điều khiển hệ thống tưới phun sương............................37 2.1 Mô hình hệ thống tưới phun sương............................................................37 2.2 Hạ nhiệt độ trong vườn thông qua bộ thổi khí...........................................40 3 2.3 Tưới phun sương.......................................................................................40 2.4 Thiết kế bộ điều khiển hệ thống tưới trong nhà lưới..................................41 3. Kết luận...........................................................................................................41 CHƯƠNG 4. CÁC KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI.........................................................42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................45 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................46 4 Lời cảm ơn Trong thời gian làm đề tài nghiên cứu, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Hoàng Dũng, đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đề tài. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Viện Đại Học Mở nói chung, các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Điện Tử, Viễn Thông nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài nghiên cứu. TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 5 Sau một thời gian nghiên cứu thiết kế, nhóm nghiên cứu đã tạo ra được hệ thống có thể giám sát vườn theo yêu cầu sau:  Chăm sóc việc trồng rau xanh tự động.  Giám sát, điều khiển hệ thống qua web.  Thu thâ ̣p mọi thông tin về môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, nhiê ̣t độ … từ đó có những điều chỉnh phù hợp với điều kiện phát triển của cây. Các kết quả trên rất phù hợp với những yêu cầu đặt ra ngày từ lúc thuyết minh ban đầu. Các kết quả này về:  Kỹ thuật: Xây dựng cấu hình hoàn chỉnh hệ thống có khả năng tự động chăm sóc rau an toàn bằng cách khống chế nhiệt độ, độ ẩm, cường độa ánh sáng,… thông qua các thiết bị (máy bơm nước, đèn chiếu sáng, mái che,…) sử dụng điện lưới có điện áp xoay chiều 220V tần số 50Hz với việc đóng mở rơ le. Đồng thời thu thập thông tin và chuyền tải lên web thuận tiện cho việc giám sát vườn trồng. Qua đó góp phần ứng dụng vào ngành nông nghiệp hiện đại, phục vụ nhu cầu cung cấp rau an toàn cho người sử dụng.  Thực tiễn: Sản phẩm giúp giảm công sức lao động, thời gian cho người trồng và cho ra chất lượng sản phẩm vượt trội. Trong nông nghiệp có thể triển khai cho các dự án trồng cây trong nhà kính, mô hình sản xuất rau an toàn với quy mô lớn. Giúp kiểm soát tốt các khâu trung gian trong hệ thống, đồng thời vận hành hệ thống dễ dàng, quản lý và bảo dưỡng hệ thống nhanh, thuận tiện. 6 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Rau xanh là loại thực phẩm thiết yếu của cuộc sống con người, cung cấp phần lớn khoáng chất và vitamin, góp phần cân bằng dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày. Hiện nay ở Việt Nam, một trong những vấn đề cần được giải quyết là ô nhiễm môi trường và an toàn thực phẩm. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến thực trạng trên, trong đó việc lạm dụng hoá chất độc hại, thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng, sử dụng nguồn đất và nước ô nhiễm để trồng rau đang ngoài tầm kiểm soát... Đa phần người tiêu dùng chủ yếu tiêu thụ các sản phẩm nông nghiệp như rau xanh, hoa quả không rõ nguồn gốc. Theo một số liệu thống kê, trong một năm, cả nước xảy ra hơn 170 vụ ngộ độc thực phẩm với gần 5.000 người mắc. Vấn đề an toàn thực phẩm (ATTP) trong nông nghiệp đang diễn biến rất phức tạp, người tiêu dùng, kể cả người tiêu dùng làm nghề quản lý an toàn thực phẩm cũng không thể biết được mớ rau, đang bày bán có an toàn cho sức khỏe hay không? Nếu như không có thông tin về việc chúng được kiểm soát an toàn thực phẩm trong suốt quá trình trồng, thu hoạch, chế biến, bảo quản đến khi bày bán như thế nào? Số liệu thống kê từ UBND Thành phố Hà Nội cho thấy, đến tháng 10/2015, Hà Nội mới chỉ có khoảng 5000 ha rau an toàn, chỉ đáp ứng 30% nhu cầu của người dân. Những người dân thành thị như Hà Nội, TP HCM hay các địa phương khác đang rất “ngán” gặp phải thực phẩm bẩn. Qua diễn đàn trực tuyến Vườn Rau Xanh, gần đây, số lượng thành viên của diễn đàn đã tăng mạnh mẽ, từ hơn 2.000 người trong năm 2015, đến nay đã xấp xỉ 19.000 thành viên. Thành viên của diễn đàn chủ yếu là người dân thành thị vì nhiều nguyên nhân khác nhau mà đến với việc trồng rau xanh. Chính vì vậy nhóm đã phát triển hệ thống trồng cây tự động theo quy trình khép kín có khả năng tự điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng theo tiêu chuẩn của cây trồng. Phương thức chăm bón được điều kiển từ xa và hoàn toàn tự động trong môi trường khép kín, tránh được sâu bệnh, nhờ vậy giảm được công sức, thời gian cho người trồng và cho sản phẩm chất lượng vượt trội. Đặc biệt, vì không sử dụng chất hóa học nông nghiệp nên rau an toàn với người sử dụng, đáp ứng đối tương cư dân đô thị, những người có không gian lại không có thời gian trồng nhưng vẫn muốn và có thể trồng rau sạch phục vụ nhu cầu của gia đình. 7 Hệ thống bao gồm các module được kết nối với nhau qua một khối xử lý trung tâm được xây dựng trên nền tảng máy tính Mini OrangePi One của hãng sản xuất Raspberry Pi Foundation. Các module này lần lượt như sau: - Module điều khiển cường độ ánh sáng. - Module cảm biến độ ẩm. - Module cảm biến nhiệt độ. 2. Mục tiêu của đề tài Đề tài nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động cho vườn rau an toàn do nhóm nghiên cứu khoa học đề xuất nhằm đạt được các mục đích sau: - Giảm được công sức, thời gian cho người trồng và cho sản phẩm chất lượng vượt trội. - Hệ thống cảm biến sẽ thu thâ ̣p mọi thông tin về môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, nhiê ̣t độ … từ đó có những điều chỉnh phù hợp với điều kiện phát triển của cây - Nâng cao khả năng nghiên cứu và tự nghiên cứu của sinh viên. 3. Phương pháp tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của đề tài 3.1 Phương pháp tiếp cận Dựa vào các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng v..v) có sẵn của các hãng, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu bắt tay vào việc thiết kế phần cứng theo các yêu cầu của đề tài. Ngoài ra nhóm nghiên cứu không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu phần cứng liên quan đến việc thiết kế cũng như các tính năng nhiệm vụ của các cảm biển, điều khiển để có một nền tảng hiểu biết vững chắc phục vụ cho việc thiết kế hệ thống. Nhóm nghiên cứu tích cực tìm hiểu, tiếp cận với các công nghệ tiên tiến trên thế giới về chế tạo, lắp ráp mạch . Bên cạnh đó, nhóm cũng tích cực tìm kiếm các cơ hội tiếp cận với các nghiên cứu công nghệ trên thế giới. Để có được sản phẩm công nghệ cao, tối ưu hóa về nhiều mặt và có khả năng kết nối với các hệ thống có sẵn, nhóm nghiên cứu tích cực nắm bắt các tiến bộ về mặt học thuật từ cộng đồng nghiên cứu, phát triển hệ thống nhúng sử dụng máy tính mini OrangePi One. 3.2 Phương pháp nghiên cứu Kiểm tra hoạt động của các kit nhúng OrangePi One. Thông qua đó tích lũy những kinh nghiệm quý báu cho việc thiết kế, lập trình cho hệ thống. Xây dựng từng phần các module phần cứng kết hợp với các phương pháp, kỹ thuật mô phỏng (Simulation). Đánh giá tính khả thi và điều chỉnh các chỉ tiêu hệ thống để hệ thống đạt được chất lượng cao, giảm thiểu nhiễu tối đa. 8 Dựa trên các kỹ thuật đo thử, kiểm tra nên ở cuối mỗi quá trình đều thực hiện việc kiểm tra, đánh giá (test and verification) để giảm thiểu các rủi ro đáng tiếc có thể xảy ra, tiết kiệm về mặt thời gian và chi phí. 4. Phạm vi nghiên cứu Để xây dựng được nội dung nghiên cứu chính của đề tài, nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch cụ thể để thực hiện. Các nội dung này được phân chia theo một trật tự nhất định và xây dựng dựa trên các nền tảng kiến thức cơ bản đi từ mức độ đơn giản và nâng dần sự phức tạp trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống. - Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài có thể được phân chia như sau: + Nghiên cứu máy tính mini OrangePi One Vi xử lý trên Orange Pi One là Allwinner H3 có tốc đô ̣ 1.2 GHz sử dụng 4 nhân ARM Cortex-A7, chip đồ họa Mali-400MP2, RAM 512MB và mô ̣t khe cắm thẻ nhớ microSD phục vụ lưu trữ mở rô ̣ng. Orange Pi One được tích hợp khá nhiều cổng kết nối trong đó có mô ̣t cổng HDMI, cổng Ethernet 10/100, USB 2.0, microUSB, cổng kết nối camera, màn hình và đầy đủ chân cắm GPIO như mô ̣t vi mạch điều khiển thông thường. Máy hỗ trợ sạc thông qua bô ̣ nguồn 5V 2A và không hỗ trợ sạc qua cổng microUSB. + Nghiên cứu các loại cảm biến phục vụ cho mục đích của đề tài Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu sử dụng cảm biến cường độ ánh sáng để đo và nhận biết được ánh sáng của môi trường và cảm biến nhiệt độ để đo và nhận biết được nhiệt độ môi trường. + Xây dựng các module thành phần của hệ thống Sau khi đã quyết định lựa chọn loại cảm biến và hãng sản xuất, nhóm nghiên cứu chuyển sang nghiên cứu thiết kế và xây dựng các module thành phần của hệ thống. Dựa trên các loại cảm biến cũng như mục đích của đề tài, nhóm sẽ chia các module thành phần như sau: + Module thông tin đầu vào là thông tin từ cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến độ ầm và cảm biến nhiệt độ. + Module thông tin đầu ra điều khiển các thiết bị bật tắt theo các chức năng định trước. - Module điềều khiển trung tâm của hệ thốống là máy tính mini OrangePi One. 9 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Đặt vấn đề Ứng dụng web server ngày nay rất phát triển, đặc biệt trong các lĩnh vực đời sống: y tế, khoa học, giao thông,… hơn hết trong các hoạt động giám sát từ xa phục vụ cho nhu cầu của con người, điều khiển các thiết bị. Có thể nói như hệ thống nhà thông minh, nhưng áp dụng vào nông nghiệp vẫn còn rất hạn chế trong khi thế mạnh của nước ta là nông nghiệp. Mô hình này mới chỉ phát triển ở một số nước. Với những điều kiện, thuận lợi của công nghệ, với những kiến thức được học nhóm muốn nghiên cứu xây dựng mô hình web phục vụ cho hoạt động trồng cây, giúp cho người nông dân giảm sức lao động nhưng vẫn đem lại năng xuất lao động cao. Hệ thống quản lý trồng cây tự động theo quy trình khép kín có khả năng tự điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng theo tiêu chuẩn của cây trồng. Sau đó qua rơ le để điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện xoay chiều. 2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước Có thể nói Israel, Singapore và Nhật Bản là những quốc gia đi tiên phong trong phát triển nông nghiệp cao với những công nghệ chăm sóc cây trồng vô cùng độc đáo như hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống tưới phun xương, hệ thống tưới phun mưa, hệ thống tưới cảnh quan và ngay cả hệ thống thủy canh trồng cây không dùng đất. Và gần đây nhất hướng đến nhu cầu trồng cây trên những diện tích nhỏ hẹp có thêm giải pháp Trồng rau xanh trên những "nông trại thẳng đứng" (vertical farm) đang là xu hướng được quan tâm tại nhiều nơi hiện nay bởi vừa tận dụng tối đa diện tích canh tác, vừa cho rau sạch với sản lượng lớn, phục vụ nhu cầu cho nhiều hộ gia đình. Nước ta hiện nay thuật ngữ nông nghiệp cao không còn xa lạ gì với nhiều người nhưng do chi phí đầu tư hệ thống chăm sóc cây tự động khá cao do phải nhập chủ yếu từ nước ngoài, dẫn đến việc nhân rộng mô hình chưa phổ biến, và hạn chế những hệ thống chăm sóc cây tự động chủ yếu hướng tới đối tượng người dùng phải có diện tích trồng cây rộng lớn, chưa chú trọng đến thị trường người dùng có diện tích trồng eo hẹp. Trong nước cũng có rất nhiều nghiên cứu như hệ thống tưới cây tự động của kỹ sư Vi Toàn Nghĩa (2013) , sau đó là hàng loạt công trình nghiên cứu hệ thống trồng cây điều khiển từ xa, hệ thống trồng cây tự động hướng đến cả phân khúc người sử 10 dụng có quỹ diện tích eo hẹp. Nhưng hạn chế những nghiên cứu chưa tận dụng hạ tầng internet hiện có để mở rộng người dùng với những hệ thống tròng cây có giám sát tự động từ xa, hướng đến cả người dùng không những có diện tích trồng cây eo hẹp, không có thời gian chăm sóc nhưng vẫn muốn có khu vườn trồng rau an toàn riêng của mình. 3. Đề xuất các giải pháp 3.1 Giám sát tự động hệ thống trồng thủy canh 3.1.1 Ưu điểm - Kiểm soát dinh dưỡng cây trồng là ưu điểm nhất trong thủy canh vì môi trường dinh dưỡng đã được nghiên cứu kỹ trước khi trồng. Mọi chất dinh dưỡng trong thủy cần thiết cho sự phát triển và phát sinh cây trồng đều nhất thiết phải được kiểm soát ở nồng độ thích hợp cho từng loại cây trồng và từng lọai môi trường hơn nữa một số nguyên tố gây hại cho cây khui ở mức dư lượng được khống chế ở giới hạn an toàn hoặc dùng nguyên tố khác lọai bỏ. - Không cần đất, chỉ cần không gian đặt hộp dụng cụ trồng, do vậy có thể triển khai ở những vùng đất cằn cỗi như hải đảo, vùng núi xa xôi, cũng như tại gia đình trên sân thượng, balcon. - Trồng được nhiều vụ, có thể trồng trái vụ. - Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh và các hóa chất độc hại khác. - Năng suất cao vì có thể trồng liên tục. - Sản phẩm hoàn toàn sạch, giàu dinh dưỡng, đồng nhất và hoàn toàn tươi ngon. - Không tích lũy chất độc và gây ô nhiễm môi trường. - Không đòi hỏi lao động nặng nhọc, người già, trẻ em điều có thể tham gia hiệu quả do không phải làm đất, không có cỏ dại, không cần tuới. - Dễ dàng khử trùng vì các giá thể có tính trơ về mặt hóa học nên việc lưu dữ chất dinh dưỡng trong khi trồng không có nên khử trùng bằng formandehyt hoặc thuốc tẩy và rửa lại bằng nước sạch còn nếu giá thể là than bùn và các thì khử trùng bằng xông hơi và cho tái sử dụng. - Dễ dàng tưới tiêu là ưu điểm lớn nhất so với phương pháp trròng trọt truyền thống được áp dụng trong kỹ thuật màng dinh dưỡng và trồng cây trong nước nhờ sử dụng hệ thống ống phun và ống đục lỗ. 3.1.2 Nhược điểm - Chỉ trồng các loại cây rau, quả ngắn ngày. - Giá thành sản xuất còn cao. 11 - Vốn đầu tư ban đầu cao do chi phí về trang thiết bị. Tuy nhiên, chi phí này không cao so với nhữngchi phí về thuốc trừ sâu bệnh và côn trùng, thêu công nhân. Hơn nữa các máy móc được tái sử dụng nhiều lần nên chỉ tốn chi phí đầu tư ban đầu. - Đòi hỏi trình độ chuyên môn kỹ thuật cao để sản xuất có hiệu quả. Điều này gây cản trở cho việc mở rộng phương pháp thủy canh đại trà. - Trong quá trình hấp thu chất dinh dưỡng thực vật làm thay đổi pH trong dịch thủy canh. Do đó cần phải điều chỉnh pH 2-3 lần/tuần. Giá trị pH thích hợp 5,8-6,5. Giá trị pH lệch khỏi khoảng này thì mức độ ảnh hưởng lớn đến sự hấp thu chất dinh dưỡng. - Khi cây hấp thu chất dinh dưỡng và nước từ dung dịch, độ dẫn điện (EC) thay đổi. Độ dẫn điện thể hiện độ đậm đặc của dung dịch dinh dưỡng. Gía trị EC tốt nhất khoảng 1,5-2,5 dS/m. Giá trị EC cao sẽ ngăn cản sự hấp thu dung dịch dinh dưỡng do áp suất thẩm thấu thấp. Giá trị EC thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe và sản lượng của cây. 3.2 Giám sát tự động hệ thống tưới nhỏ giọt 3.2.1 Ưu điểm - Tưới nhỏ giọt đảm bảo phân bố độ ẩm đều trong tầng đất nông nghiệp canh tác, tạo điều kiện thuận lợi về chế độ không khí, nhiệt độ, độ ẩm, thức ăn, quang hợp.. cho cây trồng. - Tưới nhỏ giọt cung cấp một cách đều đặn lượng nước tưới cần thiết nhưng tránh được hiện tượng tập trung muối trong nước tưới và trong đất, khắc phục hiện tượng bạc màu, rửa trôi đất trên đồng ruộng. - Tưới nhỏ giọt tiết kiệm nước đến mức tối đa, giảm đến mức tối thiểu các tổn thất lượng nước tưới do bốc hơi, thấm... - Tưới nhỏ giọt không gây ra hiện tượng xói mòn đất, không tạo nên váng đất đọng trên bề mặt và không phá vỡ cấu tượng đất. - Tưới nhỏ giọt đảm bảo năng suất tưới, năng suất lao động được nâng cao không ngừng vì có khả năng cơ khí hóa, tự động hóa nông nghiệp ở khâu nước tưới. Tưới nhỏ giọt tạo điều kiện cho cơ giới hóa, tự động hóa thực hiện tốt một số khâu như phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học kết hợp với tưới nước. - Tưới nhỏ giọt phụ thuộc rất ít vào các yếu tố thiên nhiên như độ đốc của địa hình, thành phần và cấu trúc đất tưới, mực nước ngầm nông hay sâu, ảnh hưởng của sức gió... Tưới nhỏ giọt phù hợp với mọi địa hình nông nghiệp Việt Nam - Tưới nhỏ giọt sử dụng cột nước áp lực làm việc thấp, lưu lượng nhỏ nên tiết kiệm năng lượng, giãm chi phí vận hành. 12 - Tưới nhỏ giọt góp phần ngăn chặn sự phát triển của cỏ dại quanh gốc cây và sâu bệnh vì lượng nước chỉ cung cấp làm ẩm gốc cây. - Tưới nhỏ giọt cung cấp nước thường xuyên, duy trì chế độ ẩm thích hợp theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng công nghiệp, cây trồng công nghiệp. Nhờ đó, cây sinh trưởng tốt, phát triển nhanh, đạt năng suất cao. 3.2.2 Nhược điểm - Hệ thống ống tưới nhỏ giọt hay bị tắt nghẽn do bùn cát, rong, tảo, tạp chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng không hòa tan... Chính vì vậy, nguồn nước tưới của hệ thống tưới nhỏ giọt cần phải được xử lý qua bộ lọc. - Tưới nhỏ giọt không có khả năng làm mát cây và cải tạo vi khí hậu như tưới phun mưa, không có khả năng rửa lá giúp cây quang học tốt. - Tưới nhỏ giọt cần phải có vốn đầu tư ban đầu, người đầu tư phải có trình độ tiếp cận kỹ thuật tưới. - Khi tưới nhỏ giọt bị gián đoạn, cây trồng sẽ xấu đi nhiều so với các phương pháp tưới khác. 3.3 Giám sát tự động kết hệ thống tưới phun sương 3.3.1 Ưu điểm - Năng suất lao động cao do quá trình tưới được tự động hoá, có thể tăng gấp chục lần so với tưới thông thường. - Cho phép dùng phân hoá học, các chất khử trùng đã hoà tan trong nước để rải xuống mặt ruộng một cách đều và hiệu quả hơn. - Tiết kiệm nước rất nhiều. Hệ số sử dụng nước đạt từ 90-95% và rất có ý nghĩa với vùng hiếm nước hay lấy nước khó khăn. Tưới phun có thể cho phép tưới chính xác diện tích cần tưới với đúng lưu lượng yêu cầu, và đảm bảo tính hiệu quả của lượng nước tưới. - Thoả mãn yêu cầu sinh lý của cây trồng về nước cũng như lớp đất có bộ rễ cây hoạt động, và bề mặt lá đều được tưới và làm sạch bụi bám trên lá rất hữu ích cho sinh trưởng phát triển của cây. Điều hoà tiểu khí hậu (chống nóng, lạnh, sương muối cho cây trồng). - Cho phép dùng phân hoá học, các chất khử trùng đã hoà tan trong nước để rải xuống mặt ruộng một cách đều và hiệu quả hơn. - Có thể thực hiện trên vùng đất dốc, địa hình phức tạp. Chiếm ít diện tích đất, và có thể áp dụng với cChi phí đầu tư ban đầu để xây dựng hệ thống tưới tương đối lớn, người sử dụng cũng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý. 13 - Chất lượng tưới phun mưa (sự phân bố hạt trên diện tích tưới) phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (vận tốc và hướng gió).Với vận tốc gió V > 5,6m/ giây phải ngừng phun tưới để tránh sự phân bố không đều. - Năng suất lao động cao do quá trình tưới được tự động hoá, có thể tăng gấp chục lần so với tưới thông thường. 3.3.2 Nhược điểm - Có thể thực hiện trên vùng đất dốc, địa hình phức tạp. Chiếm ít diện tích đất, và có thể áp dụng với chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng hệ thống tưới tương đối lớn, người sử dụng cũng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý. 3.4 Phương pháp vườn đứng 3.4.1 Ưu điểm - Linh hoạt theo phong cách hay cách thức bố cục sắp đặt của từng loại cây. - Sạch sẽ, không quá mất công chăm sóc. 3.4.2 Nhược điểm - Một số loại cây rễ bè, đâm sâu cần nhiều đất không dùng được. - Có 2 loại là sử dụng modul nhựa và loại sử dụng vải nỉ. - Ở Việt Nam loại modul nhựa không được sử dụng rộng rãi vì chất lượng của loại nhựa không tốt – sau 1 mùa hè bị giòn và dễ vỡ. Nếu nhập nhựa từ nước ngoài sẽ rất tốn kém. - Phương pháp sử dụng vải nỉ. 4. Xác định phạm vi ứng dụng Sản phẩm của đề tài bao gồm: - 01 hệ thống giám sát trồng cây tự động cho người dùng. - Tài liệu nghiên cứu và thiết kế các modules cảm biến, modules relay điều khiển. - Tài liệu hướng dẫn sử dụng sản phẩm Phạm vi triển khai: Địa chỉ có thể ứng dụng của sản phẩm: cư dân đô thị, những người có không gian lại không có thời gian trồng nhưng vẫn muốn và có thể trồng rau sạch phục vụ nhu cầu của gia đình. 5. Máy tính mini OrangePi One 5.1 Giới thiệu chung Orange Pi One, đây là thế hệ mini-PC thứ 3 của Raspberry với giá gấp đôi mẫu Zero, nhưng bù lại thì cấu hình cũng được nâng cấp đáng kể. Cụ thể, Orange Pi One chạy trên vi xử lý lõi tứ Allwinner H3 tốc độ 1,2Ghz, nhân Cortex A7, GPU 14 Mali-400MP2, RAM 512MB, có kèm khe cắm thẻ nhớ mở rộng cùng nhiều cổng kết nối quan trọng như ethernet, HDMI, USB OTG và USB 2.0. Với OrangePi One ta có thể làm: Xây dựng… • Một máy tính • Một máy chủ không dây • Âm nhạc và âm thanh • video HD • Một loa • Android • Khá nhiều thứ khác, bởi vì Orange Pi One là mã nguồn mở. Hinh 1.1. Mạch OrangePi One 5.2 Các thông số cơ bản của OrangePi One 15 - CPU: H3 Quad-core Cortex-A7 H.265/HEVC - GPU:Mali400MP2 GPU @600MHZ - Hỗ trợ OpenGL ES 2.0 - Bộ nhớ (SDRAM): 512MB DDR3 (chia sẻ với GPU) - Onboard Storge : TF thẻ (Max.64GB)/MMC khe cắm thẻ nhớ - Onboard Network: 10/100M Ethernrt Rj45 - Video Input: Một CSI kết nối đầu vào Camera: Hỗ trợ 8-bit YUV422 CMOS cảm biến giao diện Hỗ trợ giao thức CCIR656 cho NTSC và PAL Hỗ trợ SM cảm biến pixel camera Hỗ trợ quay video lên đến 1080p@30fps - Video Outputs: Hỗ trợ đầu ra với HDCP HDMI Hỗ trợ HDMI CEC Hỗ trợ HDMI 30 chức năng Hỗ trợ đầu ra đồng thời của HDMI - Power Source: DC đầu vào có thể cung cấp năng lượng, nhưng USB OTG đầu vào không cung cấp năng lượng. - USB 2.0: Ports Chỉ một USB 2.0 Host, một cổng USB 2.0 OTG - Buttons: Power Button(SW4) - Supported OS: Android Ubuntu, Debian, Rasberry Pi Image. 5.3 Xây dựng máy chủ Hình 1.2: Sơ đồ web server 1: Trình duyệt gửi yêu cầu tới trang PHP. 2: Web server gửi các yêu cầu đó tới trình thông dịch PHP. 3-4: Trình thông dịch PHP thực thi các đoạn mã PHP. Quá trình này có thể liên quan đến nhiều tài nguyên như filesytem, database.... 5: Kết quả của quá trình thông dịch là các mã HTML được trả về cho server. 6: server gửi mã kết quả HTML về lại trình duyệt. Phần mềm, công cụ hỗ trợ lập trình website. • Giới thiệu lập trính PHP 16 + Thiết kế giao diện (PS, HTML, CSS) + Lập trình: sử dụng ngôn ngữ PHP; tạo database trên Mysql. • Công cụ lập trình + Phần mềm phpDesigner 8 + Chương trình tạo máy chủ web server: XAMPP. 5.4 Tạo một orangepi server 5.4.1 Thiết lập cơ bản orangepi 1. Cấu hình thiết lập cơ bản Điều đầu tiên ta chạy lệnh cấu hình hệ thống để thiết lập múi giờ, đổi mật khẩu và mở rộng thẻ nhớ để phục vụ cho hệ điều hành. Ta có thể tự chỉnh các thông số vừa đề cập ở trên bằng cách chạy dòng lệnh raspi-config. 2. Sửa hostname Mặc định chiếc Pi của bạn sẽ có hostname là raspberrypi. Bạn có thể đổi nó thành một hostname khác thân thiện với bạn hơn. Ta chỉ cần chạy dòng lệnh: sudo nano /etc/hostname. Sau đó đổi hostname theo ý muốn của mình. 3. Cấu hình IP Có thể sửa file interfaces để thiết lập địa chỉ IP của máy Pi. Tại đây bạn có thể để IP tự động hoặc fix chọn IP của mình (ví dụ làm web server, NAS, …) Lệnh: sudo nano /etc/network/interfaces Kết quả hiện ra: #/etc/network/interfaces: auto lo iface lo inet loopback auto eth0 iface eth0 inet static address 10.0.0.31 gateway 10.0.0.1 netmask 255.255.255.0 17 network 10.0.0.0 broadcast 10.0.0.255 Khởi động lại Pi để có hiệu lực với lệnh sudo shutdown -r now 5.4.2 Thiết lập server 1. Cài đặt Cài đặt Apache và PHP Khởi động SSH session truy cập vào orangepi one. Gõ lệnh: “sudo apt-get update”. Sau khi lệnh này chạy xong, sẽ có một vài lỗi nhỏ xuất hiện, khi đó chạy lại lênh này một lần nữa. Sau đó gõ lệnh: “sudo apt-get install apache2 php5 libapache2-mod-php5”. Nó sẽ hỏi bạn có muốn tiếp tục không, hãy gõ tiếp “Y” và enter. Đợi một vài phút để lệnh chạy xong. Khi chạy xong có thể sẽ xuất hiển một lỗi, hãy gõ tiếp lệnh “sudo groupadd wwwdata”, và “sudo usermod –g www-data www-data” để xử lý lỗi. Bây giờ hãy restart apache bằng lệnh “sudo service apache2 restart”. Lần này sẽ không còn lỗi nữa. Nếu bạn mở 1 trình duyệt web trên PC, và gõ hostname vào trong thanh địa chỉ, sẽ hiện ra trang thông báo apache đã cài đặt. Để enable htaccess files, bạn phải thay đổi file config như sau : 18 Gõ lệnh “sudo nano /etc/apache2/sites-enabled/000-default” và Enter. Nhìn vào dòng sau : “AllowOverride None”, Hãy đổi nó thành “AllowOverride All” (xem hình để thấy chi tiết). Sau đó save file lại bằng tổ hợp phím Ctrl-x, gõ phím y và Enter. Bây giờ hãy restart apach bằng lệnh “sudo service apache2 restart”. 2. Cài đặt Mysql Truy cập vào orangepi, và gõ lệnh sau “sudo apt-get install mysql-server mysql-client php5-mysql” và Enter 19