Tài liệu Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ HỒNG BÀNG  TRẦN QUỐC VIỆT Tên đề tài luận văn: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỖ TRỢ VIỆC TRỒNG NẤM BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số học viên: 126012113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH HOÀNG VĂN KIẾM TP. Hồ Chí Minh – năm 2015 CHUẨN Y CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN  Luận văn tựa đề: “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động”, công trình được Trần Quốc Việt thực hiện và nộp nhằm thỏa một phần yêu cầu tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Khoa học máy tính. Chủ tịch Hội đồng Ngày tháng năm 2015 TP. HCM, ngày Giảng viên hướng dẫn GS.TSKH. Hoàng Văn Kiếm Cố vấn Hiệu trưởng Đại học Quốc tế Hồng Bàng Ngày tháng 12 năm 2015 tháng năm 2015 Viện Đào Tạo Sau Đại Học Trang 1 LÝ LỊCH CÁ NHÂN  Họ và tên: Trần Quốc Việt Sinh ngày: 29 tháng 10 năm 1976 Nơi sinh: Đồng Tháp Tốt nghiệp THPT tại trường THPT Hồng Ngự I, tỉnh Đồng Tháp, năm 1993. Tốt nghiệp đại học tại trường Đại Học Cần Thơ, năm 1998. Từ năm 1998 đến 2004: Làm việc tại công ty Công Nghệ Thông Tin GenPacific Từ năm 2004 đến nay: Làm việc tại công ty TNHH TM & DV Tin Học Tứ Huynh Địa chỉ liên lạc: Số 13 KP3, đường TX51, Phường Thạnh Xuân, Quận 12, TP.HCM Email: [email protected] Điện thoại: 0906 69 69 67 Trang 2 LỜI CAM ĐOAN  Tác giả cam đoan rằng luận văn này: “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động” là bài nghiên cứu của chính tác giả. Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tác giả cam đoan rằng toàn luận văn này chưa từng được công bố hay được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác. Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác. Mặc dù đã cố gắng, nhưng do những hạn chế của người viết về mặt kiến thức, kinh nghiệm, thời gian, trang thiết bị và tài liệu nên nội dung và hình thức không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận được những góp ý chân thành từ thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn. TP.HCM, ngày 01 tháng 12 năm 2015 Tác giả luận văn Trần Quốc Việt Trang 3 LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm, thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng, giúp đỡ và động viên em trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này. Thầy đã giúp đỡ em tiếp cận với khoa học, những tri thức mới trong xã hội và đạt được thành công trong lĩnh vực nghiên cứu của mình. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin – Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Quốc tế Hồng Bàng. Các thầy cô đã luôn nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho em học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Tôi xin cám ơn đến chủ nhà trồng nấm Nhơn Trạch – Đồng Nai đã tạo điều kiện cho tôi trong việc thực hành thực nghiệm đề tài và cảm ơn đến các bạn cùng lớp đã cho tôi những ý kiến đóng góp đáng giá, mở ra nhiều hướng tiếp cận mới làm phong phú khả năng thực tế của khóa luận. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên trong gia đình, những người luôn ở bên động viên và tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt khóa luận này. TP.HCM, ngày 01 tháng12 năm 2015 Tác giả luận văn Trần Quốc Việt Trang 4 TÓM TẮT  Ở nước Việt Nam chúng ta, với thế mạnh về điều kiện tự nhiên như nhiệt độ quanh năm không thay đổi nhiều, độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của cây nấm (độ ẩm cao do lượng mưa hàng năm khá lớn), nguồn nguyên liệu sản xuất nấm sẵn có tại địa phương (nhiều chất thải nông nghiệp như: rơm rạ, trấu, mùn cưa,…) nên trồng nấm đang từng bước trở thành nghề phổ biến cho người nông dân. Để hỗ trợ bà con nông dân ít tốn nhiều thời gian và công sức, luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng “Điều khiển thiết bị hỗ trợ việc trồng nấm bằng điện thoại di động” với các chức năng có thể điều khiển các thiết bị như: bật/tắt đèn chiếu sáng (yếu tố nhiệt độ), bật/tắt quạt hút, quạt thổi, phun sương (yếu tố độ ẩm),… nhằm hỗ trợ bà con nông dân giảm thiểu các thao tác chăm sóc nấm thủ công, giúp quản lý, theo dõi kịp thời tình trạng nhà nấm với mục đích chung là đạt được năng suất cao. Luận văn sử dụng thiết bị Raspberry Pi để điều khiển các thiết bị thông qua mạng không dây Wifi. Thiết bị này đang được phổ biến, được hỗ trợ trên các diễn đàn, đặc biệt là giá thành rẻ phù hợp với túi tiền của bà con nông dân. Ngoài ra, luận văn xây dựng những kịch bản thông minh, tích hợp nhiều thiết bị cảm biến, tạo ra hệ thống điều khiển các thiết bị điện được sử dụng trong nhà trồng nấm qua thiết bị di động một cách thuận lợi, nhanh chóng, tiết kiệm điện, chi phí đi lại, đáp ứng nhu cầu của bà con nông dân không phải có mặt tại nhà trồng nấm mà có thể theo dõi quản lý các nhà trồng nấm từ xa qua mạng internet. Góp phần phát triển ngành nghề trồng nấm mang lại hiệu quả cao về chất lượng, năng suất cho nấm và phát triển kinh tế và xã hội. Trang 5 TÓM TẮT MỞ RỘNG  Ngoài lời mở đầu, mục lục, danh mục hình ảnh, bảng biểu, danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt, tài liệu tham khảo và một số phụ lục, luận văn gồm có 5 chương: Chương 1: Giới thiệu. Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu và những nội dung chính yếu cần nghiên cứu. Qua đó trình bày xu hướng ứng dụng và nhu cầu thực tiễn về một hệ thống điều khiển thông qua các thiết bị di động với các chức năng quản lý và điều khiển tự động áp dụng cho nhà trồng nấm. Chương 2: Tổng quan các kỹ thuật và công nghệ trong việc phát triển nhà trồng nấm tự động Trình bày tổng quan về kỹ thuật nuôi trồng một số loại nấm phổ biến như: Nấm sò, nấm linh chi. Trình bày sự phát triển của công nghệ thông tin truyền thông, các hệ thống lý thuyết và công nghệ liên quan từ đó đưa đến giải pháp tốt nhất được áp dụng cho luận văn. Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống - Xây dựng mô hình hệ thống từ những chức năng điều khiển cơ bản (điều kiển thủ công) đến chức năng bán tự động và tự động. - Xây dựng những kịch bản thông minh đáp ứng nhu cầu thực tế của người dùng. - Lập trình điều khiển các thiết bị trong nhà trồng nấm. Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm - Trình bày quá trình cài đặt hệ thống, các kết quả đạt được trong quá trình thực nghiệm tại nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. - Trình bày tổng kết lại những kết quả đạt được của luận văn, những mặt còn hạn chế và hướng phát triển của đề tài trong tương lai để tạo ra được một sản phẩm hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi với mô hình điều khiển tự động trong lĩnh vực trồng nấm nói riêng và trong lĩnh vực nông nghiệp nói chung. Trang 6 ABSTRACT  In our country, Viet Nam, with the advantages of natural conditions as the temperature does not highly fluctuate throughout the year, huminity is suitable for the growth of mushrooms (high humidity due to the large annual rainfall), the sources of materials for growing mushroom is locally available (agricultural wastes such as straw, rice husks, sawdust,…). Therefore, mushrooms cultivation are gradually becoming popular professions for farmers. To save farmers’s time and effort, the thesis focuses on researching the application of “devices supporting for cultivation of mushrooms controlled by mobile/cell phone” with some functions such as turning on/off lights (temperature factor), misting/blower fans, nebulizer (moisture factor),.. that could help reducing manual fungus care operation, managing and monitoring the mushrooms growing process with the overall aim of achieving high productivity. Thesis is concerned with using Raspberry Pi to control devices via Wifi wireless network. These devices are being popular, supported on the forums, especially its price is cheap and affordable for farmers. Besides, the thesis build smart scenarios which integrate multiple sensors, create control system for the electrical equipments used in mushroom houses via mobile devices in a convenient, fast, power-saving, fuel/travel cost-saving way. To meet the needs of farmers that they do not have to be present at the mushroom cultivating houses, they are still able to monitor and manage it far away via the internet. It is contributing to the development of mushroom cultivation bringing to high efficiency in terms of mushroom quality and productivity; gradually improving economy and society. Trang 7 ABSTRACT EXTEND  In addition to the preamble, table of contents, list of images, tables, list of symbols, abbreviations, references and some appendices, the contents of the thesis consists of five chapters: Chapter 1: Introduction. Presenting reasons of selecting the topic, the researching objectives and the essential contents. Thereby we could show the application trends and practical needs of a control system via mobile equipments with management functions and automatic control applied to mushroom cultivating house. Chapter 2: overview of the techniques and technologies in the development of automatic mushroom growing house. Presenting an overview of techniques in cultivating some popular mushrooms like oyster mushroom, Ganoderma Lucidum. Presenting the development of information and communication technologies, theoretical systems and related technologies from which lead to the best solution applied to the thesis. Chapter 3: Building and designing the system - Building a system’s model from the basic control functions (manual control) to the semi-automatic and automatic functions. - Setting up the intelligent/smart scripts meet the user’s realistic needs. - Programming to control equipments in the mushroom cultivating houses. Chapter 4: Results of experimental studies. - Presenting the process of installing the system, the results achieved during the experiment at mushroom house in Nhon Trach district, Dong Nai province Chapter 5: Conclusions and development Summarizing the results of the thesis, weaknesses of the thesis and the subject’s directions of development in the future to create a complete product widely used in the application of automatic control in the field of planting mushroom in particular and the agricultural in general. Trang 8 MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ................................................................................... 14 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 14 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu ....................................................................... 15 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 15 Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 16 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 16 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 16 Những nội dung chính cần nghiên cứu ............................................................ 17 Chương 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ ............................... 18 2.1 Lý thuyết cơ bản về việc trồng nấm................................................................. 18 2.1.1 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm linh chi ........................................................... 18 2.1.2 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm bào ngư .......................................................... 21 2.2 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị từ xa ....................................... 24 2.2.1 Công nghệ không dây X10 ....................................................................... 24 2.2.2 Công nghệ không dây Insteon .................................................................. 25 2.2.3 Công nghệ không dây Zigbee ................................................................... 27 2.2.4 Công nghệ Z-wave ................................................................................... 28 2.2.5 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi .............................................. 30 2.3 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỹ thuật tổng quát ................................................. 32 2.3.1 Bố trí hệ thống tưới tự động cho nhà nấm ................................................. 32 2.3.2 Bố trí quạt hút, quạt thổi, máy phun nước trên mái nhà để hạ nhiệt độ ...... 33 2.3.3 Bố trí lắp đặt máy phun sương để tăng độ ẩm không khí trong nhà nấm ... 33 2.4 Đề xuất công nghệ .......................................................................................... 34 2.5 Phần mềm cho hệ thống điều khiển ................................................................. 35 2.5.1 Web IOPI ................................................................................................. 35 2.5.2 Web giao diện người dùng........................................................................ 35 2.5.3 Ứng dụng giao diện người dùng trên điện thoại di động............................ 37 2.5.4 Cơ sở dữ liệu: ........................................................................................... 38 Chương 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG..................................................... 39 3.1 Mô hình hệ thống ............................................................................................ 39 3.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống............................................................... 39 3.1.2 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa cơ bản..................................... 40 3.1.3 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa bán tự động............................. 40 3.1.4 Mô hình điều khiển thiết bị nhà nấm từ xa tự động ................................... 42 3.1.5 Mô hình thiết lập các thông số môi trường theo độ tuổi của nấm thông qua qua camera nhận dạng tai nấm. ................................................................................ 43 Trang 9 3.2 Thiết lập các mức độ điều khiển của hệ thống ................................................. 44 3.2.1 Cấp độ 1 - Hệ thống điều khiển bật/tắt các thiết bị điện cơ bản ................. 44 3.2.2 Cấp độ 2 - Hệ thống điều khiển hẹn giờ .................................................... 46 3.2.3 Cấp độ 3 - Hệ thống điều khiển tự động .................................................. 47 3.2.4 Cấp độ 4-Hệ thống cảnh báo và kiểm soát hoạt động các thiết bị qua camera 49 3.2.5 Cấp độ 5-Hệ thống điều khiển thông minh với camera nhận dạng tai nấm 50 3.3 Xây dựng và thiết lập hệ thống ........................................................................ 51 3.3.1 Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi...................................................... 51 3.3.2 Cập nhật Raspberry Pi config: .................................................................. 53 3.3.3 Cài đặt Web Iopi ...................................................................................... 61 3.3.4 Sử dụng WebIopi ..................................................................................... 62 3.3.5 Bật tắt WebIopi tự động ........................................................................... 63 3.3.6 Truy cập WebIopi trên mạng LAN ........................................................... 63 3.3.7 Nguyên lý giao tiếp của WebIopi và các thiết bị truy cập.......................... 65 3.3.8 Truy cập WebIopi qua mạng internet ........................................................ 66 3.3.9 Cài đặt cảm biến DHT11 .......................................................................... 67 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ................................................... 71 4.1 Thiết lập điều khiển cho hệ thống ......................................................................... 71 4.2 Các chức năng điều khiển ..................................................................................... 72 4.2.1 Chức năng xử lý nhiệt độ ................................................................................ 72 4.3 Nhận xét từ nhà trồng nấm ở nơi thí nghiệm ......................................................... 73 Chương 5 TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 74 5.1 Những kết quả nghiên cứu đạt được ................................................................ 74 5.2 Những hạn chế của đề tài ................................................................................ 75 5.3 Hướng phát triển của đề tài ............................................................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 76 PHỤ LỤC – MÃ NGUỒN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ................................................... 77 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Mã nguồn điều khiển tắt/mở đèn chiếu sáng .................................................... 77 Mã nguồn điều khiển tắt/mở quạt hút .............................................................. 77 Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở quạt thổi ..................................................... 77 Mã nguồn điều khiển điều tắt/mở máy phun sương ......................................... 77 Mã nguồn điều khiển tự động với cảm biến ..................................................... 78 Mã nguồn hiện thị giao diện và camera ........................................................... 78 Mã nguồn file script của webiopi .................................................................... 84 Mã nguồn giao diện màn hình thiết bị di động ................................................. 84 Trang 10 DANH MỤC HÌNH VẼ STT Mã số 1. Hình 1.1 2. 3. 4. 5. Hình 2.1a Hình 2.1b Hình 2.1c Hình 2.2a 6. Hình 2.2b 7. Hình 2.2c 8. Hình 2.2d 9. 10. 11. 12. Hình 2.2e Hình 2.3a Hình 2.3b Hình 2.3c 13. Hình 2.5 14. Hình 2.5b 15. Hình 3.1a 16. Hình 3.1b 17. Hình 3.1c 18. Hình 3.1d 19. Hình 3.1e 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. Hình 3.2a Hình 3.2b Hình 3.2c Hình 3.2d Hình 3.2e Hình 3.3a Hình 3.3b Hình 3.3c Hình 3.3d Hình 5.3e Tên hình vẽ Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động Một lô nấm linh chi đang bắt đầu cho thu hoạch Một nhà trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai Nhà trồng nấm bào ngư Sơ đồ tự động nhà thông minh với công nghệ X10 Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ INSTEON Ứng dụng công nghệ ZigBee trong ngôi nhà thông minh Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ ZWave Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+ Lắp đặt hệ thống tưới tự động cho nhà nấm Sơ đồ bố trí vòi phun nước tự động Hệ thống tưới phun tự động tại nhà nấm Giao diện web điều khiển và hiển thị tình trạng với các màu khác nhau Giao diện chính trên điện thoại di động Mô hình hoạt động của hệ thống Mô hình điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa Mô hình điều khiển từ xa bán tự động của hệ thống Mô hình điều khiển từ xa tự động của hệ thống Mô hình điều khiển tự động với camera nhận dạng tai nấm Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 1 Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 2 Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 3 Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 4 Sơ đồ hệ thống ở cấp độ 5 Chọn đường dẫn cài hệ điều hành Raspbian Thông số mạng Màn hình Terminal của Pi để gõ lệnh config Chọn cấu hình để đặt tên máy Cấu hình thay đổi mật khẩu Trang 14 18 21 23 25 26 28 29 31 32 33 34 36 37 39 40 41 42 43 45 46 48 49 51 52 53 53 54 55 Trang 11 STT 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. Mã số Hình 5.3f Hình 5.5g Hình 5.5h Hình 5.5i Hình 5.5j Hình 5.5k Hình 5.5L Hình 5.5m Hình 5.5n Hình 5.5o Hình 5.5p Hình 5.5q Hình 5.5r Hình 5.5s Hình 5.5t Hình 5.5u Hình 5.5v Hình 5.5w Hình 5.5x Hình 4.1 Hình 4.2 Tên hình vẽ Cấu hình chọn chế độ khởi động Cấu hình chọn chế độ khởi động tiếp theo Cấu hình chọn ngôn ngữ Cấu hình chọn múi giờ Cấu hình chọn múi giờ HCM Cấu hình thay đổi password của root Cấu hình chon phép chọn SSH Cấu hình phần mềm Putty Login vào phần mềm Putty Màn hình hiển thị của phần mềm Putty Màn hình Terminal của Pi Màn hình Terminal reboot kit Pi Màn hình hiển thị WebIopi Giao diện mặc định của WebIpoi Nguyên lý giao tiếp giửa webipoi với các thiết bị Đăng ký tài khoản email trên Weaved Đăng nhập vào Weaved Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 Sơ đồ kết nối DHT11 Màn hình chính của hệ thống Máy phun sương tạo độ ẩm Trang 56 56 57 58 58 59 59 60 60 61 62 62 63 64 65 66 67 68 69 71 72 Trang 12 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Diễn giải RPI Bo mạch Raspberry Pi Pi Bo mạch Raspberry Pi RAM Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên LAN Mạng cục bộ CSDL Cơ sở dữ liệu TV Ti vi Auto Chế độ tự động Manual Chế độ thủ công Trang 13 Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Nước Việt Nam chúng ta, với thế mạnh về điều kiện tự nhiên như nhiệt độ quan năm không thay đổi nhiều, độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của cây nấm (độ ẩm cao do lượng mưa hàng năm khá lớn), nguồn nguyên liệu sản xuất nấm sẵn có tại địa phương (nhiều chất thải nông nghiệp như: rơm rạ, trấu, mùn cưa,…) nên trồng nấm đang từng bước trở thành nghề phổ biến cho người nông dân. Tuy nhiên, việc theo dõi việc trồng nấm bằng thủ công sẽ tốn nhiều thời gian, công sức của người nông dân. Thứ hai, không phải chủ nhà nấm lúc nào cũng trúc trực bên nhà nấm để theo dõi thình trạng phát triển của nấm, do đó sẽ bất tiện cho việc quan sát theo dõi nhà nấm từ xa như xem thông tin về nhiệt độ, độ ẩm hiện tại của nhà nấm để đưa ra hướng xử lý kịp thời. Điều này áp dụng công nghệ thông tin hiện đại sẽ giúp cho chủ nhà nấm có thể quản lý từ xa và cập nhật thông tin về tình trạng nhà nấm của mình tại bất cứ nơi đâu bằng thiết bị di động thông qua mạng internet, không còn lệ thuộc vào không gian và thời gian. Hình 1.1 Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động Thứ ba, công nghệ điều khiển từ xa bây giờ được tăng cường bởi sự chuyên dụng của thiết bị di động như là điện thoại thông minh và máy tính bảng. Số người sử dụng điện thoại thông minh ngày một gia tăng, kể cả bà con nông dân ở thôn Trang 14 quê, việc điều khiển tự động không còn giới hạn bởi các thiết bị và khoảng cách. Chủ nhà có thể kiểm soát hầu như tất cả các thiết bị Điện gia dụng của mình thông qua điện thoại thông minh IOS / Android và máy tính bảng với kết nối internet, WiFi hoặc 3G. Với tất cả những lý do đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu, ứng dụng thiết bị công nghệ vào việc trồng nấm là nhu cầu rất cần thiết thiết vì sẽ cho tỷ lệ thành công cao do kiểm soát theo dõi được môi trường thực tế, tiết kiệm được nhiều thời gian đi lại, công sức quản lý, cuối cùng là tiết kiệm năng lượng điện, nước vì các thiết bị tưới tiêu sẽ tự động ngắt khi không cần dùng đến. Xuất phát từ thực tế đó, tác giả đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị và quản lý tự động hỗ trợ việc trồng nấm” để làm đề tài luận văn thạc sĩ với những ưu điểm như: - Điều khiển tự động bật tắt đèn chiếu sáng, tưới nước (yếu tố nhiệt độ), điều khiển bật tắt tự động quạt hút, quạt thổi, máy phun sương (yếu tố độ ẩm) một theo một tiêu chuẩn xác định tùy theo độ tuổi của tai nấm - Tiết kiệm năng lượng điện, nước,… - Tiết kiệm thời gian, chi phí đi lại - Đáp ứng những nhu cầu cần thiết trong việc chăm sóc nấm tự động. 1.2 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu - Điều khiển thiết bị điện từ xa bằng cách nào ? - Hệ thống có đảm bảo thiết bị luôn chạy đúng yêu cầu ? - Có điều khiển thiết bị trong nhà nấm như đèn chiếu sáng, quạt hút, máy phun sương qua thiết bị di động được hay không ? - Hệ thống ứng dụng công nghệ gì ? - Đề tài có gì khác so với những đề tài đã được thực hiện? - Khả năng ứng dụng trong thực tế của đề tài như thế nào? - Chi phí có phù hợp cho nhà đầu tư hay không? 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài này được nghiên cứu nhằm đạt được các mục đích sau: - Giúp chúng ta hiểu môi trường thuận lợi để phát triển cây nấm và các công nghệ điều khiển không dây đang được sử dụng và phát triển hiện nay. Trang 15 - Xây dựng được hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà trồng nấm từ xa bằng thiết bị di động phù hợp với điều kiện môi trường thực tế. - Cung cấp các giải pháp thông minh trong việc trồng nấm một cách tự động. 1.4 Đối tượng nghiên cứu Điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa, sử dụng công nghệ wifi với bo mạch Raspberry Pi làm bộ phận điều khiển trung tâm và các nhóm thiết bị: - Nhóm thiết bị nhiệt độ: Máy bơm nước, quạt hút, quạt thổi, đèn chiếu sáng. - Nhóm thiết bị độ ẩm: Máy phun sương, cảm biến đo nhiệt độ. - Nhóm thiết bị quan sát: Camera quan sát và nhận dạng. 1.5 Phạm vi nghiên cứu Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà trồng nấm từ xa bằng thiết bị di động. Hệ thống cần đáp ứng ở 3 mức độ: - Giám sát: Giám sát thông thường và giám sát tự động. - Cảnh báo: cảnh báo thông thường và cảnh báo tự động. - Điều khiển: Điều khiển thông thường và điều khiển tự động. 1.6 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin: Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển thiết bị điện từ xa với công nghệ wifi với bo mạch Raspberry Pi. Thử nghiệm một số phương pháp điều khiển hiện có. Nghiên cứu gắn kết, giao tiếp các thiết bị điều khiển với nhau. Từ nghiên cứu đó sẽ áp dụng xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà trồng nấm từ xa qua thiết bị di động. Phương pháp nghiên cứu điển hình: Dựa vào những tình huống điển hình, những nhu cầu điển hình trong thực tế để xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị hỗ trợ trồng nấm một cách tự động. Phương pháp nghiên cứu chuyên gia: - Chuyên gia trồng nấm: Đến gặp các chuyên gia trồng nấm ở Nhơn Trạch-Đồng Nai, Củ chi… để có biết được kỹ thuật và kinh nghiệm trồng nấm và nghiên cứu về những gợi ý của họ. Trang 16 - Chuyên gia về công nghệ không dây Từ hai chuyên gia này tôi xây dựng hệ thống với các chức năng đáp ứng cho việc trồng nấm động phối hợp và điều khiển nhịp nhàng các yếu tố: nhiệt độ, độ ẩm. Phương pháp thực nghiệm: Hệ thống sẽ được thực nghiệm tại một cơ sở trồng nấm tại Nhơn Trạch – Đồng Nai nhằm kiểm tra những thiếu sót, kiểm tra tính linh hoạt của hệ thống khi áp dụng vào thực tế. 1.7 Những nội dung chính cần nghiên cứu Để thực hiện mục đích nêu trên, luận văn có các nhiệm vụ cụ thể sau đây: - Về mặt nghiệp vụ: Tìm hiểu các kỹ thuật cơ bản trong việc trồng và chăm sóc cây nấm. Giới hạn đề tài chỉ nghiên cứu kỷ thuật trồng nấm linh chi vì việc theo dõi điều kiện nhiệt độ, độ ẩm phù hợp với mô hình của đề tài. - Về mặt công nghệ:  Nghiên cứu các công nghệ điều khiển từ xa đang được phát triển. So sánh và lựa chọn công nghệ, thiết bị, đồng thời đưa ra giải pháp phù hợp với điều kiện môi trường trồng nấm phù hợp với điều kiện môi trường tại Việt Nam để xây dựng hệ thống và phát triển.  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của bo mạch Raspberry Pi trong việc điều khiển các thiết bị  Nghiên cứu web browser Web IOPI hỗ trợ cho bo mạch Raspberry Pi trong việc truy cập điều khiển từ xa  Nghiên cứu lập trình giao diện ứng dụng trên điện thoại di động chạy hệ điều hành android - Thiết kế hệ thống, triển khai và cài đặt hệ thống. - Xây dựng, tích hợp những ngữ cảnh thông minh vào hệ thống dựa trên những tình huống điển hình và nhu cầu thực tế trong việc trồng nấm. Trang 17 Chương 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ 2.1 Lý thuyết cơ bản về việc trồng nấm 2.1.1 Kỹ thuật cơ bản trồng nấm linh chi Nghiên cứu quá quy trình trồng nấm của các loại nấm đang được trồng phổ biến tại Việt Nam như nấm Linh Chi, nấm Mèo, nấm Hương. Nhưng nấm Linh chi vẫn phù hợp nhất cho hệ thống. Nấm linh chi là một trong những loại nấm có tác dụng rất lớn trong y học, và đặc biệt loại nấm này thuộc loại có giá trị kinh tế cao. Do đó được nhiều hộ gia đình có khả năng đầu tư để trồng loại nấm này để góp phần gia tăng kinh tế gia đình. Hình 2.1a Một lô nấm linh chi đang bắt đầu cho thu hoạch Thời vụ trồng nấm Linh Chi Thời gian bắt đầu cấy giống từ ngày 15/1 đến 15/3 và từ 15/8 đến 15/9 dương lịch Nguyên liệu để trồng nấm linh chi Linh Chi sử dụng nguyên liệu chủ yếu là mùn cưa tươi, khô của các loại gỗ mềm, không có tinh dầu và độc tố. Ngoài ra còn có thể trồng Linh Chi từ nguyên liệu là thân gỗ, các cây thuốc họ thân thảo. Quy trình trồng nấm Linh Chi. - Bắt đầu từ meo nấm Trang 18 Sau 20 ngày tơ nấm Linh Chi lan xuống 2/3 bịch và đưa đến trại trồng. Sau khi vận chuyển từ xe xuống nhà trồng, khoảng 1 đến 3 ngày sau dùng vòi nước xịt, rửa bụi bám bên ngoài của phôi nấm, đồng thời để nước lạnh kích thích tơ nấm bên trong. Có thể rửa bịch bằng cách dùng vòi phun qua cho ướt đều 1 lượt (không cần rửa từng bịch). Bịch rửa xong tốt nhất nên để thêm 1 ngày nữa cho tơ nấm gặp lạnh bung ra thêm rồi mới mở miệng (tháo nút bông, hoặc giấy bọc). Khi gỡ nút bông, nếu tơ đã ăn dính nút bông sẽ có hiện tượng chặt khó gỡ, việc này là bình thường và không anh hưởng gì quá trình phát triển cùa nấm, nhớ rút hết bông có trong miệng bịch, nếu khó gỡ dùng kềm để kéo. - Chăm sóc cho nấm phát triển Sau khi mở nút bông không nên để nước tưới trực tiếp vào miệng bịch, chỉ tưới vách và nền cho độ ẩm đạt khoảng 80% là tốt trong giai đoạn này, nhiệt độ tốt nhất là từ 26 đến 30 độ C, tuy nhiên nấm có thể sống từ 26 đến đến 36 độ, quá 36 độ nấm chết. Lưu ý những ngày nắng nóng nhiều phải tưới để hạ nhiệt độ Trong 4-5 ngày sau khu tháo nút bông thì nấm non bắt đầu ra hình thành 1 lớp thịt nấm màu trắng. Lúc này lượng nước tưới cũng như số lần tưới nhiều lên dần sao cho tai nấm không bị khô hoặc mất màu trắng (ngả sang vàng hoặc nâu). Giai đoạn này các chỉ tiêu tốt nhất cho nấm là độ ẩm tốt nhất là 90% trở lên (nếu phun sương 24/24 mới đạt được độ ẩm này), nhiệt độ tốt nhất là 27-28 độ. Có thể phủ lớp bạt, nilon bên ngoài sau khi phun để giữ ẩm, làm sao để đạt được độ ẩm càng cao càng tốt, nếu không có máy phun sương thì tưới ướt nền và vách để tạo độ ẩm. Nhà trồng cần thoáng mát, đừng sáng quá cũng đừng tối quá, ánh sáng đủ đọc sách là được, nên che chắn không để gió lùa vào vì sẽ làm mất độ ẩm nhà trồng. Tai Nấm dạng nụ sau 7-8 ngày sẽ chuyển sang dạng tán, 30 ngày kể từ lúc xuất hiện nụ nấm thì nấm sẽ ở dạng tai và bắt đầu phóng thích bào tử (lớp phấn trên tai nấm, lớp này rất tốt không để trôi lớp phấn này, khi có phấn không được phun nước trôi lớp phấn) Tai Nấm Linh Chi từ lúc kết nụ đến lúc trưởng thành kéo dài 70 đến 80 ngày cho nên sau khi nấm phóng thích bào tử thì đợi 35 - 40 ngày sau mới thu hoạch. Thời gian nấm ở dạng nụ (cọng) độ ẩm nhà trồng khoảng 80%, đến khi tai nấm ở dạng tai (tức là 7 ngày kể từ ngày ra nụ sẽ ra dạng tai) cần phải tăng độ ẩm tốt nhất Trang 19