Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết Xây dựng hệt hống trồng rau hữu cơ tự động chạy bằng năng lượng mặt trời trình bày về việc ứng dụng công nghệ IoT (Internet of Things - Internet vạn vật) để xây dựng hệ thống sản xuất rau hữu cơ khép kín, áp dụng cho các hộ gia đình, hệ thống này gồm có khâu xử lý rác thải sinh hoạt hưu cơ thành phân bón cung cấp cho vườn rau, một bộ điều khiển trung tâm có chức năng điều khiển tự động hệ thống tưới tiêu và bón phân tự động.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỒNG RAU HỮU CƠ TỰ ĐỘNG CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DESIGN AUTOMATIC VEGETABLE GROWING SYSTEM RUNNING SOLAR ENERGY Mai Thành Khang1,*, Nguyễn Trọng Thắng1, Nguyễn Khánh Toàn1, Nguyễn Đắc Sĩ1, Phùng Văn Sơn1, Phạm Văn Nam1 DOI: https://doi.org/10.57001/huih5804.2023.057 TĨM TẮT Mỗi gia đình có khả tự sản xuất rau theo quy trình khép kín nhà, mạng lại nhiều lợi ích cho gia đình xã hội: Chủ động nguồn rau sạch, tự cung cấp, giúp bảo vệ sức khỏe gia đình; giảm lượng giác thải sinh hoạt tốt môi trường xã hội Trung bình hộ gia đình thải từ - 2kg rác hữu cơ, tháng hộ thải khoảng 45kg rác thải ngồi mơi trường Bài báo trình bày việc ứng dụng cơng nghệ IoT (Internet of Things - Internet vạn vật) để xây dựng hệ thống sản xuất rau hữu khép kín, áp dụng cho hộ gia đình, hệ thống gồm có khâu xử lý rác thải sinh hoạt hưu thành phân bón cung cấp cho vườn rau, điều khiển trung tâm có chức điều khiển tự động hệ thống tưới tiêu bón phân tự động Người dùng sử dụng App điện thoại để điều khiển theo dõi thông số vườn rau Toàn hệ thống chạy nguồn pin lượng mặt trời lắp mái nhà - Chủ động nguồn rau sạch, tự cung cấp, giúp bảo vệ sức khỏe gia đình; - Giảm lượng giác thải, tốt mơi trường xã hội: Trung bình hộ gia đình thải từ - 2kg rác hữu cơ, tháng hộ thải khoảng 45kg rác Như vậy, 10 hộ tham gia mơ hình giảm thiểu 450kg rác thải hữu ngồi mơi trường - Có nguồn trùn quế làm thức ăn cho gia súc, tăng nguồn thu nhập Rác thái sinh hoạt Xử lý rác hữu hộ gia đình trùn quế Từ khóa: Cơng nghệ IoT; vi điều khiển; nông nghiệp thông minh; lượng mặt trời ABSTRACT Each family has the ability to self-produce vegetables according to a closed process at home, bringing many benefits to the family and society: Actively source of clean vegetables, self-sufficient, helping to protect the health of the family; reduce the amount of household waste, good for the environment and society On average, each household generates - 2kg of organic waste, a month a household discharges about 45kg of waste into the environment The article presents the application of IoT (Internet of Things) technology to build a closed organic vegetable production system, applicable to households, this system includes waste treatment stage Organic household waste is converted into fertilizer to provide vegetable gardens, a central controller with automatic control of irrigation and automatic fertilization systems Users can use the App on the phone to control and monitor the parameters of the vegetable garden The entire system runs on solar panels installed on the roof Keywords: Internet of Things (IoT); microcontroller; smart farm; solar-energy Cấp nguồn phân bón hữu cho Rau cho hộ gia đình Hệ thống điều khiển ứng dụng: IOT điều khiển giám sát từ xa qua APP điện thoại Tự động hóa q trình chăm sóc tương ứng với loại trồng; Sử dụng kết hợp nguồn pin mặt trời Hình Mơ hình chung ý tưởng xây dựng mơ hình trơng rau tự động Mục tiêu báo là: Thiết kế, xây dựng điều khiển trung tâm GateWay, điều khiển thu thập (độ ẩm, điều khiển tưới tiêu, đèn chiếu sáng…) Thiết bị giám sát điều khiển App điện thoại, giao diện máy tính Bài báo nghiên cứu sử dụng mạng không dây vi điều khiển ARM để thiết kế mạch cho điều khiển trung tâm Gateway,… cụ thể gồm phần sau: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Email: maithanhkhang99@gmail.com Ngày nhận bài: 23/10/2022 Ngày nhận sửa sau phản biện: 04/02/2023 Ngày chấp nhận đăng: 15/3/2023 - Thiết kế mạch điều khiển cho Gateway thu thập liệu không dây; GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Tổng quan hệ thống Mỗi gia đình có khả tự sản xuất rau theo quy trình khép kín nhà, mạng lại nhiều lợi ích cho gia đình xã hội như: Hệ thống điều khiển ứng dụng công nghệ IoT (Internet of Things), hệ thống bao gồm nhiều thiết bị thơng minh có khả kết nối với kết nối với mạng internet để * - Thiết kế App phần mềm điều khiển máy tính; - Các kết nghiên cứu XÂY DỰNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 148 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 59 - Số 2A (3/2023) Website: https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 thực nhiệm vụ thu thập, truyền tải liệu cho Các thiết bị thành viên mạng IoT ghép nối có dây không dây với Bài báo sử dụng công nghệ truyền thông LoRa để xây dựng hệ thu thập liệu, với khoảng cách truyền/nhận liệu xa thiết bị tồ nhà giao tiếp với thông qua công nghệ LoRa này, mơ hình hệ thống điều khiển thể hình Cơ sở liệu Thiết bị Dữ liệu thu thập phải tạo thành database quy mô lớn, để dần tự động hóa q trình (tức là: loại bỏ dần "kinh nghiệm" người, chủ động nhận biết vấn đề đề xuất cách giải quyết) Đó trí tuệ nhân tạo, thay người đưa định Hệ thống theo dõi, giám sát điều khiển: Các thiết bị giám sát thơng minh điện thoại, máy tính, kết nối với mạng cảm biến để theo dõi liên tục số hệ thống từ liên kết với trung tâm điều khiển để đưa lệnh điều khiển từ xa thiết bị chấp hành THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Thiết bị 3.1 Thiết kế mạch điều khiển LoRa Gateway Thiết bị Thiết bị N điều khiển tưới hệ thống giúp tưới nước cách tiết kiệm, hiệu Lora Gateway a) Sơ đồ khối thiết bị APP/Web server Hình Cấu trúc tổng quan hệ thống điều khiển Dựa theo yêu cầu công nghệ, chức mục tiêu đặt phân trên, bào báo xây dựng sơ đồ khối mạch điều khiển LoRa Gateway hình Hệ thống bao gồm thiết bị sau: UART - Các thu thập liệu không dây: Đo nhiệt độ ẩm đất, nhiệt độ khơng khí, ánh sáng… - Bộ điều khiển cho LoRa Gateway: Kết nối với thu thập liệu, kết nối với sở liệu Dữ liệu thu thập lưu trữ truyền tải lên server trung tâm phục vụ việc giám sát quản lý từ xa thông qua phần mềm cài đặt điện thoại Hệ thống thiết bị gồm nút cảm biến, nút điều khiển cấu chấp hành - Hệ thống cấu chấp hành: Bao gồm van điện từ, bơm nước thiết bị điện nhận tín hiệu điều khiển thực thi nhiệm vụ từ trung tâm điều khiển - Phần mềm xử lý liệu: Ở liệu thu đối tượng điều khiển phân tích, quản lý, lưu trữ phục vụ điều khiển cấu chấp hành để đảm bảo có mơi trường, sinh trưởng phát triển tốt - Người sử dụng theo dõi điều khiển tư xa qua APP điện thoại 2.2 Xây dựng mơ hình trồng rau tự động Pin mặt trời & ăc quy LoRa Gateway Đèn LED chiếu sáng Nút đo - LoRA Tưới nước dạng phun Nguồn (220 Vac) Vi xử lý trung tâm (STM32F103C8T6) SPI LoRa Khối nguồn 3.3V Hình Sơ đồ khối thiết bị Giới thiệu số tinh thiết bị: LoRa Gateway thiết kế hệ thống có chức kết nối mạng không dây LoRa với mạng IP qua WiFi, Ethernet, mạng có dây RS485 Chuẩn chuyền thơng khơng dây LoRa cho phép kết nối với nút đo độ ẩm đất, ưu điểm Lora khoảng cách truyền thông xa (Phạm vi tối đa LoRa: ~ 10km thành phố: > 500m), khả chống nhiễu cao lượng tiêu thụ thấp, nên phù hợp để xây dựng mạng cảm biến không dây, nút đo dạng thiết bị di động chạy pin Thiết bị có tích hợp sẵn nhiều phương thức kết nối internet như: WiFi, RS485 có sẵn cổng để mở rộng kết nối với module 3G/4G để ứng dụng cho khu vực khơng có mạng Internet Thiết bị bao gồm khối sau: Vi điều khiển trung tâm, truyền thông LoRa để kết nối với thu thập chấp hành, khối truyền thông wifi để kết nối với Internet, cổng truyền thông mở rộng RS485 Cụ thể báo lựa chọn thiết bị sau: b) Truyền thơng LORA Nút đo - LoRa Đất Hình Mơ hình hệ thống trồng rau thơng minh Hệ thống điều khiển tưới nước, gồm thiết bị: đầu tưới nhỏ giọt đầu tưới phun mưa, châm phân, Website: https://jst-haui.vn ESP32 Wifi LORA (Long Range Radio) nghiên cứu phát triển Cycleo sau mua lại công ty Semtech năm 2012 Với công nghệ này, truyền liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần mạch khuếch đại cơng suất Ngồi ưu điểm truyền xa, có thêm ưu điểm quan tiết kiệm lượng tiêu thụ truyền/nhận liệu, phù hợp sử dụng cho cảm biến không dây, chạy pin Vol 59 - No 2A (March 2023) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 149 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 LORA sử dụng kỹ thuật điều chế gọi Chirp Spread Spectrum, liệu băm xung cao tần để tạo tín hiệu có dãy tần số cao tần số liệu gốc (cái gọi chipped), sau tín hiệu cao tần tiếp tục mã hoá theo chuỗi chirp signal: tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian, có hai loại tín hiệu chirp signal up-chirp có tần số tăng theo thời gian down-chirp có tần số giảm theo thời gian, việc mã hoá theo nguyên tắc bit sử dụng up-chirp, bit sử dụng down-chirp Trước truyền anten để gửi Nguyên lý giúp giảm độ phức tạp độ xác cần thiết mạch nhận để giải mã điều chế lại liệu Băng tần làm việc từ 430MHz đến 915MHz cho khu vực khác giới Thông số kỹ thuật: Tần số: 433MHz Giao tiếp: SPI Độ nhạy: -136dBm Công suất ngõ ra: +20dBm Tốc độ truyền liệu: