Ứng dụng Arduino trong thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và tưới nước tự động phục vụ nông nghiệp tỉnh Thái Bình

TCCTNGUYỄN THỊ NGA – ĐÀO THỊ MƠ – TỐNG THỊ LAN – NGUYỄN THÚY MAY – ĐÀM ĐỨC CƯỜNG – NGUYỄN THỊ THU HIỀN (Đại học Thái Bình)

TÓM TẮT:

Nhằm nâng cao chất lượng và sản lượng nông nghiệp, đề tài lựa chọn việc nghiên cứu ứng dụng Arduino trong việc thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và tưới nước tự động phục vụ hoạt động sản xuất nông nghiệp tại tỉnh Thái Bình. Đề tài của nhóm nghiên cứu tập trung khái quát về giải pháp xây dựng một hệ thống nông nghiệp thông minh với ứng dụng Arduino; Kết cấu của hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và tưới nước tự động;  Nguyên lý hoạt động; Các tính năng cơ bản và đánh giá tính ứng dụng của đề tài tại một địa phương cụ thể.

Từ khóa: Ứng dụng Arduino, thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, tưới nước tự động, nông nghiệp, tỉnh Thái Bình.

1. Đặt vấn đề

Nhiệt độ và độ ẩm là hai yếu tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển cũng như năng suất và chất lượng của cây trồng. Chính vì vậy, để nâng cao năng suất, chất lượng hướng tới lợi nhuận cao người nông dân cần theo dõi vô cùng sát sao để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm phù hợp với từng giai đoạn sinh trưởng của từng loại cây trồng. Trong điều kiện biến đổi khí hậu với những thay đổi thất thường như hiện nay, đây chính là một trong những vấn đề vô cùng nan giải. Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học công nghệ, nhà nông hoàn toàn có thể kiểm soát được những chỉ số này. Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và tưới nước tự động với ứng dụng Arduino chính là một trong những giải pháp hữu hiệu.

Nhóm nghiên cứu lựa chọn Thái Bình làm nơi áp dụng thí nghiệm hệ thống bởi đây là một trong số những tỉnh thuộc đồng bằng Bắc Bộ có diện tích đất nông nghiệp tương đối lớn, một trong những vựa lúa, vựa hoa màu của cả nước. Tuy nhiên, việc phân chia nhỏ lẻ đất nông nghiệp cho hộ gia đình là một trong những trở ngại trong việc áp dụng cơ giới hóa và ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến vào sản xuất tại đây. Dù cả nước đang hướng tới phát triển nền nông nghiệp công nghệ cao, ứng dụng khoa học thông minh tạo nên những sản phẩm xanh, việc sản xuất nông nghiệp tại mảnh đất được mệnh danh là quê lúa – cây trồng đặc trưng cho nền văn minh Việt này vẫn chủ yếu là thủ công và phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện tự nhiên, thời tiết.

Arduino là gì và nguyên do nào khiến nhóm điều tra và nghiên cứu chọn đây là giải pháp cho mạng lưới hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa của mình. Hiểu một cách đơn thuần nhất, Arduino là một board mạch vi điều khiển và tinh chỉnh, một nền tảng điện tử mã nguồn mở đa phần dựa trên vi điều khiển và tinh chỉnh AVR Atmega328P. Đặc điểm điển hình nổi bật của Arduino là môi trường tự nhiên tăng trưởng ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn từ lập trình hoàn toàn có thể học nhanh gọn ngay cả với những người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Đặc biệt, mức giá cho ngân sách ứng dụng Ardunio rất thấp và đặc thù nguồn mở từ phần cứng tới ứng dụng so với những ứng dụng tương tự như .
Chính vì thế, không riêng gì được vận dụng thoáng đãng trên quốc tế, lúc bấy giờ, Arduino được biết đến và ứng dụng thông dụng trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp ở Nước Ta. Đây cũng là giải pháp được nhiều đối tượng người dùng từ học viên, sinh viên đang trong bước đầu khám phá ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, đời sống, đến những nhà khoa học, nhà sáng tạo loại sản phẩm ứng dụng công nghệ thông minh lựa chọn .
Đáp ứng được cả nhu yếu của những loại sản phẩm ứng dụng đơn thuần trong đời sống lẫn những dự án Bất Động Sản khoa học phức tạp, việc lựa chọn điều tra và nghiên cứu sản xuất mạng lưới hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa với ứng dụng Arduino thế cho nên là lựa chọn vô cùng tương thích khi vận dụng vào sản xuất nông nghiệp tại tỉnh Tỉnh Thái Bình .

2. Những tính năng cơ bản của hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và tưới nước tự động

Hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa có những tính năng cơ bản sau :
– Hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa ứng dụng Arduino sẽ được cài đặt để đo nhiệt độ, nhiệt độ và hiển thị giá trị đo được trên LCD, đồng thời tàng trữ tài liệu về máy tính. Điều này sẽ giúp tất cả chúng ta vừa giám sát được thông số kỹ thuật nhiệt độ, nhiệt độ, để hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh cho tương thích ; vừa có dữ số liệu tàng trữ thiết yếu cho việc nghiên cứu và điều tra, theo dõi sự tăng trưởng của cây cối và đưa ra những lựa chọn tương thích để tăng hiệu suất .
– Dựa vào nhiệt độ, nhiệt độ đo được, mạng lưới hệ thống so sánh thông số kỹ thuật đặt trước để tinh chỉnh và điều khiển máy bơm tắt / bật tự động hóa phân phối kịp thời nước cho cây xanh .
– Ngoài năng lực tắt / bật tự động hóa, mạng lưới hệ thống còn có tính năng bật máy bơm bằng tay để vận dụng trong những trường hợp thiết yếu .

3. Các thiết bị linh kiện sử dụng

Các thiết bị linh phụ kiện sử dụng gồm có : Arduino, ESP8266, Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, Modun Relay, LCD 16×2, Máy bơm nước .

5. Nguyên lí hoạt động

Dựa vào thông số kỹ thuật thiết lập tương thích với từng loại cây cối, từ tài liệu thông số kỹ thuật nhiệt độ và cảm ứng, Arduino quyết định hành động ảnh hưởng tác động relay để điều khiển và tinh chỉnh máy bơm hoạt động giải trí, đồng thời thông số kỹ thuật này được hiển thị LCD và tàng trữ trên máy tính. Thời gian đo thông số kỹ thuật là 30 phút ( thời hạn này hoàn toàn có thể thiết lập tùy theo tình hình và nhu yếu thực tiễn ) .

Khi độ ẩm nhỏ hơn mức độ ẩm được cài đặt hoặc nhiệt độ vượt quá mức nhiệt độ được cài đặt thì máy bơm sẽ tự động hoạt động cung cấp nước để độ ẩm đạt mức tốt nhất. Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính của từng loạt cây trồng và khả năng giữa ẩm của đất và thời tiết tại địa phương. Hệ thống làm việc liên tục ổn định, xử lý khoa học, tránh các thao tác thừa khi điều khiển động cơ.

Xem thêm: Viber

6. Kết quả thử nghiệm

Hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa với ứng dụng Arduino đã phân phối được những nhu yếu cơ bản mà đề tài đặt ra. Với những thông số kỹ thuật từ thiết bị đo được cung ứng liên tục theo từng thời gian giúp người sử dụng, dẫu từ xa, vẫn biết được một cách đúng chuẩn, khá đầy đủ tình hình nhiệt độ, nhiệt độ của cây xanh và kịp thời kiểm soát và điều chỉnh .
Điều này giúp giảm thiệt hại trong quy trình sản xuất nông nghiệp bằng tay thủ công, tạo thiên nhiên và môi trường tốt cho cây tăng trưởng, hướng tới loại sản phẩm nông nghiệp xanh, tiết kiệm ngân sách và chi phí nước, thân thiện với môi trường tự nhiên, phân phối được những nhu yếu khắc nghiệt của quốc tế. Ứng dụng này cũng giúp tiết kiệm ngân sách và chi phí được một phần ngân sách ( so với việc thuê nhân công và sử dụng máy bơm ) trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời nâng cao giá trị, sản lượng nông nghiệp so với sản xuất thủ công bằng tay trước đó .
Hệ thống được nghiên cứu và điều tra dựa trên nhu yếu trong thực tiễn, thiết lập linh động, phân phối nhu yếu nhiệt độ và nhiệt độ khác nhau của từng loại cây xanh, do đó có tính ứng dụng cao, tương thích với những mảnh vườn, ruộng vừa và nhỏ tại Tỉnh Thái Bình .
Hệ thống nhỏ gọn, dễ quản lý và vận hành, dễ lắp ráp, tương thích cho nhiều địa hình, giao diện ứng dụng thân thiện, dễ sử dụng, tương thích với nhiều đối tượng người tiêu dùng khác nhau .
Áp dụng thử nghiệm tại 2 vườn rau ở Tỉnh Thái Bình đã cho thấy : Vườn ứng dụng mạng lưới hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa cây tăng trưởng tốt, tổng sản lượng và chất lượng cải tổ đáng kể so với vườn sản xuất theo cách truyền thống lịch sử, tiết kiệm chi phí nước, điện và nhân công. Quá trình thử nghiệm trong thực tiễn đã cho thấy tính khả thi và ứng dụng của mạng lưới hệ thống khi vận dụng vào sản xuất nông nghiệp tại địa phương .
Do thời hạn thử nghiệm ngắn, nên giao diện ứng dụng và mạng lưới hệ thống chưa có tính thẩm mỹ và nghệ thuật cao, chưa vận dụng thực tiễn được cho nhiều loại cây xanh để nhìn nhận kỹ hơn sự tương thích của mạng lưới hệ thống, việc hoạt động giải trí của mạng lưới hệ thống còn nhờ vào vào một số ít yếu tố bên ngoài .
Để tăng trưởng đề tài này trong tương lai, nhóm nghiên cứu và điều tra sẽ thử nghiệm nhiều hơn để đưa ra những giải pháp tối ưu nhất, đa dạng hóa hình thức tưới ( tưới tại gốc, phun sương, … ) tương thích với từng loại cây, cung ứng nhu yếu sản xuất nông nghiệp tại Tỉnh Thái Bình và lan rộng ra sang nhiều địa phận khác. Bên cạnh đó, sẽ điều tra và nghiên cứu phong phú hơn những công cụ tiếp cận thông tin, liên kết mưu trí, chỉ số thu được từ mạng lưới hệ thống, giúp người sử dụng thuận tiện tinh chỉnh và điều khiển trong mọi thực trạng. Tuy nhiên, trước hết mong ước của nhóm nghiên cứu và điều tra là vận dụng quy mô mạng lưới hệ thống giám sát nhiệt độ, nhiệt độ và tưới nước tự động hóa sẽ được vận dụng, nhân rộng và đi vào thực tiễn, tạo nên nhiều quy mô vườn mưu trí Arduino tại Tỉnh Thái Bình .

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

  1. Phạm Minh Anh (2016), Đồ án Thiết kế hệ thống tưới nước tự động, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
  2. Nguyễn Hoàng Anh Khoa (2016), Đồ án Điều khiển và giám sát vườn rau thông minh tiêu chuẩn VietGap bằng Arduino và Sim 900, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
  3. Trần Nguyên Thái (2016), Đồ án Thiết kế hệ thống tưới nước, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
  4. Kiều Xuân Thực, Vũ Thị Hương, Vũ Trung Kiên (2008), Vi điều khiển cấu trúc lập trình và ứng dụng, NXB Giáo dục.
  5. Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến (2000), Giáo trình cảm biến, NXB Khoa học và Kĩ thuật.
  6. Website: http://arduino.vn/
  7. Website:http://arduinokit.vn
  8. Website http://codientu.org/
  9. Website https://arduino.esp8266.vn/
  10. Website https://dochoistem.com/
  11. Website http://webdien.com/

Using the Arduino application to design automatic temperature, humidity and irrigation water monitoring systems for agricultural production in Thai Binh Province

Nguyen Thi Nga – Đao Thi Mo – Tong Thi Lan – Nguyen Thuy May – Dam Duc Cuong – Nguyen Thi Thu Hien

Thai Binh University

ABSTRACT:

In order to improve the quality and productivity in agriculture, this paper studies on how to use the Arduino applicattion to design automatic temperature, humidity and irrigation water monitoring systems for agricultural production in Thai Binh Province. This paper focuses on solutions for building a smart agricultural system with Arduino application, structures of automatic temperature, humidity and irrigation water monitoring systems with basic features and applicability evaluation of these systems in a specific local area .

Keywords: Arduino, temperature monitoring system, humidity, automatic watering, agriculture, Thai Binh Province.

[Tạp chí Công Thương – Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 13, tháng 6 năm 2020]

5/5 - (1 vote)
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments