Báo Cáo Đồ Án Chuyên Ngành 2 - Đề Tài - Xây Dựng Hệ Thống Trồng Rau Thủy Canh Thông Minh

MẪU ĐỒ ÁN KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2 ĐỀ TÀI Xây Dựng Hệ Thống Trồng Rau Thủy Canh Thô[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT-HÀN

KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

ĐỀ TÀI: Xây Dựng Hệ Thống Trồng Rau Thủy Canh

Thông Minh

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành tốt đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ vàhướng dẫn rất tận tình của các thầy cô thuộc Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin VàTruyền Thông Việt – Hàn, Đại Học Đà Nẵng Em xin cảm ơn các thầy cô thuộc bộ mônchuyên ngành đã cung cấp cho chúng em các thông tin, kiến thức vô cùng quý báu vàcần thiết trong suốt thời gian quá để em có thể thực hiện và hoàn thành đồ án củamình Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Thị Thu Nga người đã trực tiếphướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài này

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các bạn trong ngành công nghệ thông tin đãủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu có được giúp chúng tôitrong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tiễn nên

đề tài không tránh khỏi những sai xót Em rất mong nhận được sự thông cảm của quýthầy cô và mong đón nhận những góp ý của thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: GIỚI THIỆU 2

1.1 Giới thiệu chung về phương pháp thủy canh: 2

1.1.1 Khái niệm cơ bản: 2

1.1.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu: 4

1.2 Môi trường nuôi trồng thủy canh: 5

1.2.1 Chất dinh dưỡng: 5

1.2.2 Pha chế dung dịch trồng: 5

1.2.3 Độ pH: 5

1.2.4 Nhiệt độ: 6

1.2.5 Độ dẫn điện (EC) và độ phân hủy các muối khoáng (TDS): 7

1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường: 9

1.4 Giới thiệu về trí tuệ nhân tạo trong mô hình hệ thống thủy canh: 11

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Phương pháp hồi quy logistic: 12

2.1.1 Giới thiệu mô hình tuyến tính: 12

2.1.2 Giới thiệu về thuật toán hồi quy logistic: 12

2.1.3 Mô hình hồi quy logistic: 14

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 19

3.1 Kiến trúc hệ thống: 19

3.2 Xây dựng mô hình tiên đoán thông minh: 19

3.2 Xây dựng ứng dụng di động: 24

3.3 Xây dựng hệ thống Iot – Server máy học dự báo mưa: 27

3.4 Xây dựng website quản trị: 29

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 33

1 Kết luận: 33

2 Hướng phát triển: 33

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 9: Kết quả dự đoán của máy học (Kết quả của mỗi dòng từ trái qua phải gồm, tỷ lệ

phân loại sai của mô hình dự đoán, độ chính xác của mô hình dự đoán và kết quả dựa

Hình 10: Biểu đồ the confusion matrix từ mô hình hồi quy logictic (Ô trên cùng bên trái

là số True Positives của mô hình, ô trên cùng bên phải là số False Positives, ô dưới cùng bên trái là số False Negatives, ô dưới cùng bên phải là số True Negatives) 23

Hình 19: Giao diện website xem thông tin của bơm dung dịch dinh dưỡng 30

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1: So sánh giữa trồng cây theo phương pháp thủy canh phương pháp thổ canh 3Bảng 2: Một số giới hạn EC và TDS đối với một số loại cây trồng 8Bảng 3: Mô tả thuộc tính dữ liệu đầu vào 22

MỞ ĐẦU Giới thiệu tổng quan về đề tài

Rau quả không chỉ cung cấp dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày mà còn lànhững vị thuốc hữu hiệu lại an toàn trong sử dụng, đặc biệt là không gây di bệnh mới.Các chất bổ dưỡng ở rau, quả đã xây dựng nên mạng lưới “vi mạch” trong cơ thể, gópphần mang lại nguồn năng lượng hoàn chỉnh cho mỗi người đồng thời đây còn là món

ăn ngon miệng Gần đây khoa học dinh dưỡng đã kết luận rằng rau quả còn cung cấpcho con người nhiều chất xơ, có tác dụng giải các độc tố phát sinh trong quá trình tiêuhoá thức ăn Do vậy, trong chế độ dinh dưỡng của con người rau quả không thể thiếu vàrất quan trọng Tại các nước phát triển, mức sống cao thì trong khẩu phần ăn, tỉ trọngrau quả ngày càng tăng

Tuy nhiên việc sản xuất rau quả và các loại cây lương thực khác ngày nay gặpnhiều khó khăn do quá trình đô thị hóa, môi trường thiên nhiên cằn cỗi, ô nhiễm môitrường… Nhưng nhu cầu về rau xanh hay các loại cây lương thực khác ngày càng tăng,một trong những phương pháp được đề xuất để giải quyết vấn đề về rau xanh an toàn vàtrái vụ đó là trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh

Tuy nhiên, việc áp dụng kỹ thuật trồng rau thủy canh vào sản xuất chưa mạng lạihiệu quả như mong muốn Vì kỹ thuật còn quá mới, nhiều bước làm khó khăn và cầntrang bị nhiều kiến thức về kỹ thuật trồng Điểm mấu chốt quyết định thành công củaphương pháp thủy canh là pha chế dung dịch phù hợp với loại cây trồng và tùy ứng theogiai đoạn phát triển của cây trồng, nên việc này gây rất nhiều khó khăn với người nôngdân Để giúp người nông dân giải quyết các vấn đề trên và đưa phương pháp thủy canhphổ biến rộng rãi nhóm chúng em đã đề xuất đề tài: “Xây Dựng Hệ Thống Trồng RauThuỷ Canh”

Chương 1:

GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung về phương pháp thủy canh:

1.1.1 Khái niệm cơ bản:

Thuỷ canh (Hydroponics) là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếpvào môi trường dinh dưỡng hoặc giá thể mà không phải là đất Các giá thể có thể là cát,trấu, vỏ sơ dừa, than bùn, vermiculite perlite…

Kỹ thuật thuỷ canh là một trong những nghề làm vườn hiện đại, chọn môi trường

tự nhiên cần thiết cho cây phát triển, là chọn lựa sử dụng những chất thích hợp cho sựsinh trưởng và phát triển của cây, tránh được sự phát triển của côn trùng, cỏ dại, bệnhtật từ đất

* Lợi ích của kỹ thuật trồng thuỷ canh

- Có khả năng thích nghi dễ dàng với các điều kiện trồng khác nhau Do đặc tínhkhông cần đất, chỉ cần không gian để đặt hệ thống Do đó ta có thể tiến hành trồng ởnhiều vị trí, địa hình khác nhau như hải đảo, vùng núi xa sôi, hay trên tầng thượng, bancông, hiên nhà, sau nhà…

- Giải phóng một lượng sức lao động Do không phải làm đất, cày bừa, nhổ cỏ,tưới nước… Việc chuẩn bị cho hệ thống trồng thuỷ canh không đòi hỏi lao động nặngnhọc, người già, trẻ em, người khuyết tật đều có thể tham gia hiệu quả

- Năng suất cao Vì có thể trồng nhiều vụ trong năm, ít bị ảnh hưởng bởi hiệntượng trái mùa như phương pháp trồng thông thường Ngoài ra thuỷ canh còn cho phéptrồng liên tục, trồng gối đầu (có thể chuẩn bị cây giống cho vụ sau khi đang trồng vụ hiệntại) nên năng suất tổng cộng trong năm cao gấp nhiều lần so với trồng thông thường

- Sản phẩm hoàn toàn sạch, phẩm chất cao Do chủ động hoàn toàn về chất dinhdưỡng cung cấp cho rau nên chất lượng rau đạt mức gần như tối ưu, cho phẩm chất rautươi ngon, nhiều dinh dưỡng Ngoài ra, phương pháp thuỷ canh được trồng chủ yếu

trong hệ thống nhà lưới, nhà kính nên tránh được các tác nhân gây bệnh được sinh rabởi côn trùng sâu bọ Vì vậy, ở đây hầu như rất ít sử dụng thuốc trừ sâu và hoá chất độchại khác, không tích luỹ chất độc, không gây ô nhiễm môi trường

Thức ăn cho cây là các muối vô cơ mà cây

có thể hấp thụ trực tiếp từ dung dịch

dinh dưỡng

Trong đất trồng, các vi sinh vật phải phânhủy các chất hữu cơ phức tạp thành cácmuối vô cơ có những nguyên tố cơ bản

mà cây trồng có thể hấp thu như nitơ,phốt pho, kali … và các nguyên tố vilượng

Cây trồng có thể nhận đầy đủ dinh dưỡng

mọi lúc

Đất trồng không thể sản sinh nhiều chất dinh dưỡng trên mỗi diện tích đủ cho hệ

rễ có thể hấp thu

Giá trị pH và dinh dưỡng của môi trường

được chủ động điều chỉnh và kiểm soát

cho phù hợp với các loại cây trồng khác

nhau

Khó xác định và kiểm soát mức độ dinhdưỡng, giá trị pH của môi trường đất đểphù hợp với các loại cây trồng khác nhau

Có thể điều chỉnh dinh dưỡng của đấtbằng cách bón phân nhưng khó xác địnhđược nhu cầu cần thiết

Các môi trường thủy canh là trơ, sạch,

không mang mầm bệnh gây hại

Đất trồng đóng vai trò vật chủ đối với nhiều vi sinh vật gây hại, do đó có thể lay truyền mầm bệnh cho cây trồng

Thủy canh làm tăng sự tăng trưởng và

sản lượng trên mỗi diện tích nuôi trồng,

giảm các bệnh gây hại và công chăm sóc

Đòi hỏi nhiều công chăm sóc: làm đất,tưới tiêu, bón phân, diệt sâu bệnh gâyhại…, cây sinh trưởng chậm và cần nhiềukhông gian để sinh trưởng

Bảng 1: So sánh giữa trồng cây theo phương pháp thủy canh phương pháp thổ canh

* Hạn chế của kỹ thuật thuỷ canh So sánh giữa trồng cây theo phương pháp thổ canh vàphương

- Chi phí đầu tư cho hệ thống cao

- Hiện nay thuỷ canh chỉ mới có thể áp dụng hiệu quả cho các loại cây rau quả,hoa ngắn ngày

- Sâu hại và dịch bệnh có thể lây lan một cách nhanh chóng

- Do công nghệ thuỷ canh cây trồng chưa được nghiên cứu, chuyển đổi phù hợpvới điều kiện Việt Nam, nên hiện nay giá thành sản xuất còn khá cao.

- Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên các loại sâu bệnh hại cây trồng pháttriển mạnh Mùa mưa bão cũng là vấn đề lớn đối với việc bảo vệ cây trồng thuỷ canh

1.1.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu:

* Những nghiên cứu ở nước ngoài:

- Kỹ thuật thuỷ canh đã có từ lâu, theo những từ ngữ ghi chép từ chữ tượng hìnhcủa người Ai Cập trong vài năm trước công nguyên, đã mô tả lại sự trồng cây trong nước

- Sự nghiên cứu của những niên đại gần đây cho thấy vườn treo Babilon và vườnnổi Kashimir và tại Aztec indians của Mehico cũng còn nhiều nơi trồng cây trên vỉa hètrong những hồ cạn Hiện tại vẫn còn nhiều bè trồng cây được tìm thấy ở gần thành phốMehico

- Năm 1699, John Woodward (người Anh) đã thí nghiệm trồng cây trong nước cóchứa các loại đất khác nhau

- Những năm 60 của thế kỷ 19 Sachs & Knop (Đức) đã sản xuất ra các dung dịch đểnuôi cây

- Trong những năm 30 của thế kỷ 20 TS.W.F Gerick (California) đã phổ biến rộngrãi thuỷ canh ở nước Mỹ Những nông trại thuỷ canh di động đã cung cấp thực phẩm rautươi cho lính Mỹ trong suốt thời gian chiến tranh quân sự tại Nam Thái Bình Dương

* Các nghiên cứu trong nước

Việc nuôi trồng thuỷ canh đã được biết đến từ khá lâu, nhưng chưa được nghiêncứu có hệ thống và được ứng dụng để trồng cây các loại cây cảnh nhiều hơn

Từ năm 1993, GS Lê Đình Lương-khoa sinh học ĐHQG Hà Nội phối hợp với tổngnghiên cứu và triển khai HôngKông đã tiến hành nghiên cứu toàn diện các khía cạnhkhoa học xã hội cho việc chuyển giao công nghệ và phát triển thuỷ canh ở Việt Nam

Đến tháng 10/1995 mạng lưới nghiên cứu và triển khai được phát triển ở Hà Nội,

Tp Hồ Chí Minh, Côn Đảo, sở khoa học một số tỉnh thành Công ty Gold Garden & Gino,nhóm sinh viên ĐH Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh với phương pháp thuỷ canh một

số loại rau thông dụng: cải xanh, xà lách, cải ngọt… phân viện công nghệ sau thu hoạch

Từ tháng 9/2006, phương pháp trồng rau thuỷ canh được thử nghiệm tại Phânviện Sinh học Đà Lạt Hệ thống này không cần công chăm sóc bởi hệ thống tự cung cấpnước tưới, chế độ dinh dưỡng cho rau hoàn toàn tự động Sau khi trồng thành công rau

xà lách bằng phương pháp thuỷ canh, Phân viện Sinh học Đà Lạt tiếp tục thử nghiệmtrồng khoai tây và cũng cho kết quả tốt

1.2 Môi trường nuôi trồng thủy canh:

1.2.1 Chất dinh dưỡng:

Những nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển thích hợp là O, H, C,

S, Mg, Mn, Fe, Cu, Bo, Mo Một số nguyên tố thì chỉ cần với số lượng rất ít, tuy nhiên mộttrong số các nguyên tố đó có thể trở thành một nhân tố giới hạn đối với sự lành mạnhcủa cây Nhiều nguyên tố được tìm thấy trong các enzyme và co-enzyme (các chất này lànhân tố điều chỉnh các hoạt động sinh hoá), trong khi những chất khác thì quan trọngđối với sự tích trữ thức ăn Sự thiếu hụt bất kì một nguyên tố nào đều thể hiện ra vớinhững triệu chứng và đặc thù riêng, có thể cho ta biết là cây đang thiếu loại nguyên tốnào

khoáng sử dụng trong môi trường để đảm bảo độ pH ổn định trong khoảng từ 5.5-6.0, là

độ pH mà đa số cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt

1.2.3 Độ pH:

Trong môi trường dinh dưỡng, độ pH rất quan trọng cho sự sinh trưởng và pháttriển của cây Độ pH được tính dựa trên mức độ hoạt động của các nguyên tố khác nhauvới cây trồng Dưới 5.5 thì khả năng hoạt động của P, K, Ca, Mg, Mo giảm đi rất nhanh,trên 6.5 thì Fe và Mn lại trở nên bất hoạt

Việc điều khiển pH của dung dịch rất quan trọng để ngăn chặn pH tăng lên quácao sẽ gây ra tình trạng kết tủa của Ca3(PO4)2, gây nghẹt ống dẫn dung dịch và bám vàoquanh bộ rễ của cây Để ngăn chặn pH tăng cao có thể sử dụng H3PO4, HNO3 hoặc cũng

có thể sử dụng NH3

Nếu pH xuống 5.5, KOH hay một số chất thích hợp khác có thể thêm vào dungdịch để tăng pH lên Nếu pH quá cao, H3PO4 hay HNO3 có thể sử dụng H3PO4 thườngđược sử dụng nhiều hơn, vì nó bổ sung thêm PO4 vào quá trình trồng trọt, và tăng thêmlượng khoáng chất cần thiết cho cây trồng

Sự sinh trưởng của cây là một trong những nhân tố làm cho môi trường trở nên

có tính acid hơn, vì trong quá trình sống rễ giải phóng ra các acid hữu cơ và ion H+

Sựthay đổi pH trong dung dịch dinh dưỡng thường xảy ra khá nhanh, phụ thuộc vào độ lớncủa hệ thống rễ và thể tích dinh dưỡng của một cây

Trong thuỷ canh đa số các cây trồng thích hợp với môi trường hơi acid đến gầntrung tính, pH tối ưu từ 5.8-6.5 Ở trong nuôi trồng thuỷ canh, pH được cân bằng bởihoạt động của cây Nếu pH tăng khi đó cây sẽ thải ra các muối acid, nếu pH giảm xuốngthì cây sẽ thải ra các thành phần ion base, có thể làm giới hạn việc hấp thu các muối gốcacid, nên rễ cây không cần thiết hấp thu

1.2.4 Nhiệt độ:

Nhiệt độ của nước thích hợp để hòa tan các chất khoáng là 20-220C

- Nếu pha nước với nhiệt độ cao sẽ khiến dinh dưỡng dễ bay hơi

- Nếu pha cùng nước ở nhiệt độ quá thấp thì hóa chất rất khó tan, thời gian phachế cũng lâu hơn rất nhiều

Dao động nhiệt độ trong môi trường dinh dưỡng ở thuỷ canh không chỉ tác độngđến pH mà còn ảnh hưởng đến độ hoà tan của các dưỡng chất Thay đổi độ pH do nhiệt

độ cao sẽ gây ra tình trạng cây thiếu chất dinh dưỡng vì không hút được khoáng chấttrong dung dịch thủy canh Nước khi bị đun nóng sẽ dẫn đến phản ứng hóa học điện lytách H2O thành H+ và OH- vì vậy cân bằng H+ trong nước làm tăng độ pH cao lên trongdung dịch thủy canh Nó sẽ gây ra hiện tượng mất cân bằng nồng độ axit và bazo ảnhhưởng đến nồng độ quy định thích hợp cho sự phát triển của cây trồng

1.2.5 Độ dẫn điện (EC) và độ phân hủy các muối khoáng (TDS):

Hai yếu tố cần được xét để nghiên cứu dung dịch bổ sung là:

+ Thành phần dung dịch

+ Nồng độ dung dịch

Trong thời gian sinh trưởng và phát triển của cây, cây sẽ sử dụng các chất dinhdưỡng theo nhu cầu đòi hỏi của chúng Đối với các loại cây sinh trưởng tương đối dài thìviệc bổ sung dinh dưỡng là rất cần thiết

Trong nghiên cứu, có thể dựa vào giá trị của độ dẫn điện (EC: conductivity), sự phân huỷ các muối khoáng (TDS: toatl dissolved salts) hoặc nhân tố hoàtan (CF: conductivity factor) của các máy đo để điều chỉnh bổ sung dinh dưỡng vào môitrường thuỷ canh

electro-Ec để chỉ tính chất của môi trường có thể truyền tải được dòng điện Độ dẫn điệncủa một dung dịch là sự dẫn dung dịch này được đo giữa những điện cực có bề mặt là1cm2 ở khoảng cách 1cm, đơn vị tính là ms/cm, hoặc được thể hiện đơn vị ppm (partper million) đối với những máy đo TDS

Chỉ số EC chỉ diễn tả tổng nồng độ ion hoà tan trong dung dịch, chứ không thểhiện được nồng độ của từng thành phần riêng biệt.

Trong suốt quá trình tăng trưởng cây hấp thu khoáng chất mà chúng cần, do vậyduy trì EC ở một mức độ ổn định là rất quan trọng Nếu dung dịch có chỉ số EC cao thì sựhấp thu nước của cây diễn ra nhanh hơn sự hấp thu khoáng chất, hậu quả là nồng độdung dịch sẽ rất cao và gây độc cho cây, khi đó ta phải bổ sung thêm nước vào môitrường

Ngược lại, nếu EC thấp sẽ hấp thu khoáng chất nhanh hơn hấp thu nước và khi đó

ta phải bổ sung thêm khoáng chất vào dung dịch

Bảng 2: Một số giới hạn EC và TDS đối với một số loại cây trồng

Nồng độ dinh dưỡng khoáng trung bình trong toàn cây thường ít hơn nồng độtrong lá, vì vậy một dung dịch bổ sung căn bản phải dựa trên nồng độ các chất có trong

mô lá mà chúng sẽ cung cấp cho thân, hạt và trái

Thành phần dung dịch dinh dưỡng bổ sung thay đổi theo từng thời kỳ phát triểncủa cây nhằm ngăn cản sự tích luỹ dinh dưỡng khoáng trong dung dịch Chu trình sốngđược chia thành 3 giai đoạn sau:

+ Giai đoạn đầu của sự phát triển cây

+ Giai đoạn phát triển: Trong suốt giai đoạn phát triển thân và lá phát triển nhưnhau

+ Giai đoạn trưởng thành: Lá phát triển tối thiểu, chất dinh dưỡng được tập trungđưa vào trong hạt và trái.

Sự phát triển của rễ chủ yếu ở giai đoạn đầu và ít quan trọng hơn ở giai đoạn sau.Trong suốt giai đoạn trưởng thành, rễ rất ít phát triển và gần như ngừng hẳn

Bổ sung dung dịch được xác định bởi tỉ lệ thoát hơi nước Sự thoát hơi nướcquyết định tỉ lệ tiêu thụ nước, sự phát triển quyết định tỉ lệ chất dinh dưỡng khoáng (sựvận chuyển khoáng từ dung dịch sang cây) Ước lượng sự thoát hơi nước đối với sự pháttriển của cây trong môi trường thuỷ canh là 300-400kg nước/1kg sinh khối khô Tỉ lệchính xác phụ thuộc vào độ ẩm không khí, độ ẩm không khí thấp sẽ làm tăng sự thoáthơi nước nhưng không tăng sự phát triển Lượng CO2 cao làm đóng khẩu và tăng quátrình quang hợp, chính vì vậy sự thoát hơi nước đến một tỉ lệ nào đó sẽ giảm xuống còn200kg nước/1kg sinh khối khô

Hiểu biết về tỉ lệ này sẽ rất có lợi trong việc quyết định nồng độ tương ứng chodung dịch bổ sung Tổng nồng độ ion có thể duy trì bằng cách điều chỉnh tính dẫn điệncủa dung dịch Nếu tính dẫn điện gia tăng, cần làm loãng dung dịch bổ sung, nhưngthành phần chất dinh dưỡng vẫn giữ nguyên Tính dẫn điện không thay đổi nhanh chonên chỉ cần theo dõi vài lần trong tuần

Sự vận chuyển của dinh dưỡng khoáng trong dung dịch

Các dinh dưỡng khoáng thiết yếu có thể đặt theo 3 nhóm sau dựa trên cách màchúng bị loại ra khỏi môi trường dinh dưỡng (do cây hấp thụ):

+ Nhóm 1: NO3, NH4, P, K, Mn các chất này được hấp thụ một cách chủ động nhờ

rễ và bị loại khỏi môi trường trong vài giờ

+ Nhóm 2: Mg, S, Fe, Zn, Cu, Mo, C các chất này được hấp thu ở mức trung bình

và bị loại khỏi môi trường nhanh hơn nước

+ Nhóm 3: Ca, B các chất này được hấp thu một cách thụ động và thường tích luỹtrong dung dịch

Một trong những khó khăn trong việc theo dõi và điều chỉnh từng loại ion là nồng

độ nhóm 1 phải được giữ ở mức thấp nhất nhằm ngăn cản sự tích luỹ chất độc trong môthực vật Tuy nhiên, nồng độ thấp thì rất khó theo dõi và điều chỉnh

Nếu nồng độ chất dinh dưỡng cao thì điều này cho thấy cây cần thêm nước, do

đó cần thêm nước vào môi trường Khi nồng độ chất dinh dưỡng giảm hơn mức chophép thì cây cần bổ sung dưỡng chất nhiều hơn nước Việc bổ sung muối khoáng haynước còn phụ thuộc vào mùa vụ gieo trồng Nếu chỉ bổ sung nước mà không chú ý đến

bổ sung khoáng chất thì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm có thể làm giảm hương

vị của rau quả

Trong đa số các loại cây thì nồng độ tổng cộng của các chất dinh dưỡng trongkhoảng từ 500-2000ppm để không làm ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào.Tuy nhiên ở một số loại như cà chua, dâu tây cần nồng độ môi trường dinh dưỡng caokhoảng 3500ppm, hoặc nồng độ dinh dưỡng có giá trị thấp như cải, xà lách xoong và giátrị trung bình như dưa chuột

1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường:

* Ảnh hưởng của sự thoáng khí đến sự hút chất dinh dưỡng:

Nguồn O2 trong nước là do O2 khuếch tán từ không khí (nhờ gió) sự chuyển độngcủa nước Các nghiên cứu cho thấy sự hút khoáng đạt mức cao nhất ở môi trường cónồng độ O2 từ 2-3% Khi nồng độ O2 thấp hơn 2% thì tốc độ hút khoáng giảm Nhưng nếutăng nồng độ O2 từ 3-100% thì tốc độ hút khoáng cũng không thay đổi

* Ảnh hưởng của ánh sáng:

Ánh sáng ảnh hưởng mạnh đến sự hút khoáng Ánh sáng còn ảnh hưởng đến khảnăng hấp thu NH4, SO4 tăng mạnh, trong khi đó sự hấp thu Ca, Mg ít thay đổi Nhìn chungtác động của ánh sáng liên quan đến quá trình quang hợp, trao đổi nước và tính thẩmthấu của chất nguyên sinh

* Ảnh hưởng của nồng độ và tỉ lệ các nguyên tố khoáng ở môi trường đến sự hútkhoáng:

Tỉ lệ giữa các ion trong môi trường và mối liên quan giữa chúng với cường độ hútkhoáng, người ta thấy có ba hình thức tương quan giữa các ion: Đối kháng, hỗ trợ vàkhông ảnh hưởng lẫn nhau

* Ảnh hưởng của các giá thể nuôi trồng thuỷ canh:

Giá thể để trồng cây phải có nhiều tính chất giống đất, phải là chỗ dựa cho hệthống rễ, tạo điều kiện cho rễ mọc dài ra để tìm nước và chất dinh dưỡng và phải làphương tiện cung cấp O2, nước và dinh dưỡng cho sự sinh trưởng phát triển của cây;không chứa các chất độc hại tới môi trường dinh dưỡng và độ pH của môi trường

* Chất lượng nước:

Chất lượng nước thích hợp cho con người sử dụng thì sẽ thích hợp cho việc nuôitrồng thuỷ canh Nước máy hay nước giếng thông thường có chứa một lượng đáng kể Ca

và Mg được gọi là nước cứng SO42+ và Na+

thường làm tăng tính dẫn điện

* Ảnh hưởng của nấm bệnh trong dung dịch thuỷ canh:

Nấm là loại bệnh nghiêm trọng gặp phải trong hệ thống thuỷ canh, rất hiếm khithấy bệnh, khi tất cả các phần trong hệ thống được giữ gìn sạch sẽ Các nhà nghiên cứubệnh lý học thực vật cho rằng điều kiện vệ sinh như một phương thức diều khiển tốtnhất.Nếu lượng Mn bị thiếu hụt sẽ làm cây dễ bị nhiễm nấm Do đó cần tăng lượng Mncao hơn mức cần thiết của cây để giảm thiểu sự phát triển của nấm bệnh

1.4 Giới thiệu về trí tuệ nhân tạo trong mô hình hệ thống thủy canh:

Công nghệ AI (viết tắt của Artifical Intelligence) hay trí thông minh nhân tạo làcông nghệ mô phỏng các quá trình suy nghĩ và học tập của con người cho máy móc, đặcbiệt là các hệ thống máy tính Các quá trình này bao gồm việc học tập (thu thập thông tin

và các quy tắc sử dụng thông tin), lập luận (sử dụng các quy tắc để đạt được kết luận gầnđúng hoặc xác định), và tự sửa lỗi Các ứng dụng đặc biệt của AI bao gồm các hệ thốngchuyên gia, xử lý các ngôn ngữ tự nhiên, nhận dạng tiếng nói và thị giác máy tính (nhậndiện khuôn mặt, vật thể hoặc chữ viết), quản lý hệ thống…

Trong phương pháp thủy canh công việc pha chế dung dịch dinh dưỡng, thời gianbơm tuần hoàn, nhiệt độ môi trường hay độ ẩm là những vấn đề gây thách thức và khókhăn nhất khi áp dụng thực tiễn Để giải quyết vấn đề đó chúng em đã áp dụng trí tuệnhân tạo vào hệ thống Iot thủy canh, dựa vào dữ kiệu thu thập từ các cảm biến, thuậttoán đã được lập trình sẽ đưa ra dự đoán về lượng mưa trong gian sắp tới để có thể tựđiều chỉnh thời gian bơm tuần hoàn

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp hồi quy logistic:

2.1.1 Giới thiệu mô hình tuyến tính:

Hai mô hình tuyến tính (linear models) Linear Regression và Perceptron LearningAlgorithm (PLA) có chung một dạng:

y=f (w T x)

Trong đóf () được gọi là activation function, và x được hiểu là dữ liệu mở rộng với

x0 = 1 được thêm vào để thuận tiện cho việc tính toán Với linear regression thì f ( s )=s,với PLA thì f ( s)=sgn (s) Trong linear regression, tích vô hướng w T

x được trực tiếp sử

dụng để dự đoán output y, loại nà phù hợp nếu chúng ta cần dự đoán một giá trị thực

của đầu ra không bị chặn trên và dưới Trong PLA, đầu ra chỉ nhận một trong hai giá trị 1hoặc -1, phù hợp với các bài toán binary classification

2.1.2 Giới thiệu về thuật toán hồi quy logistic:

Trong thống kê, mô hình logistic (hoặc mô hình logit) được sử dụng để mô hìnhxác suất của một lớp hoặc sự kiện nào đó tồn tại như 0 / 1, vượt qua / thất bại, thắng /thua, sống / chết hoặc khỏe / ốm Điều này có thể được mở rộng để mô hình hóa một sốloại sự kiện như xác định xem một hình ảnh có chứa mèo, chó, sư tử, v.v Mỗi đối tượngđược phát hiện trong hình ảnh sẽ được chỉ định xác suất từ 0 đến 1, với tổng một

Hồi quy logistic là một mô hình thống kê mà ở dạng cơ bản của nó sử dụng hàmlogistic để mô hình biến phụ thuộc nhị phân, mặc dù tồn tại nhiều phần mở rộng phứctạp hơn Trong phân tích hồi quy, hồi quy logistic (hoặc hồi quy logit) đang ước tính cáctham số của mô hình logistic (một dạng hồi quy nhị phân) Về mặt toán học, một môhình logistic nhị phân có một biến phụ thuộc với hai giá trị có thể, chẳng hạn như pass /fail được biểu thị bằng một biến chỉ báo, trong đó hai giá trị được gắn nhãn “0” và “1”.Trong mô hình logistic, log-odds ( logarit của tỷ lệ cược ) cho giá trị được gắn nhãn “1” là

sự kết hợp tuyến tính của một hoặc nhiều biến độc lập; mỗi biến độc lập có thể là biếnnhị phân (hai lớp, được mã hóa bởi biến chỉ báo) hoặc biến liên tục (bất kỳ giá trị thựcnào) Xác suất tương ứng của giá trị được gắn nhãn “1” có thể khác nhau giữa 0 (chắcchắn là giá trị “0”) và 1 (chắc chắn là giá trị “1”), do đó hàm chuyển đổi tỷ lệ cược logthành xác suất là hàm logistic Các đơn vị đo lường cho quy mô log-tỷ lệ cược được gọi làmột logit từ đơn vị hậu cần Các mô hình tương tự có hàm sigmoid khác thay vì chứcnăng logistic cũng có thể được sử dụng, chẳng hạn như mô hình probit; đặc điểm xácđịnh của mô hình logistic là tăng một trong các biến độc lập nhân tỷ lệ với tỷ lệ cược củakết quả đã cho ở một tốc độ không đổi , với mỗi biến độc lập có tham số riêng; đối vớimột biến phụ thuộc nhị phân, điều này khái quát hóa tỷ lệ cược

Hình 1: Logistic Regression

Trong mô hình hồi quy logistic nhị phân, biến phụ thuộc có hai cấp độ (phân loại).Các đầu ra có nhiều hơn hai giá trị được mô hình hóa bằng hồi quy logistic đa thức và,nếu nhiều loại được đặt hàng, bằng hồi quy logistic thứ tự (ví dụ mô hình logistic tỷ lệcược tỷ lệ) Bản thân mô hình hồi quy logistic chỉ đơn giản là mô hình xác suất đầu ratheo đầu vào và không thực hiện phân loại thống kê(nó không phải là một bộ phân loại),mặc dù nó có thể được sử dụng để tạo một bộ phân loại, ví dụ bằng cách chọn một giátrị ngưỡng và phân loại đầu vào với xác suất lớn hơn mức cắt là một lớp, bên dướingưỡng khác; đây là cách phổ biến để tạo phân loại nhị phân Các hệ số thường khôngđược tính bằng biểu thức dạng đóng, không giống như bình phương tối thiểu tuyến tính.Hồi quy logistic như một mô hình thống kê chung ban đầu được phát triển và phổ biếnchủ yếu bởi Joseph Berkson

2.1.3 Mô hình hồi quy logistic:

Đầu ra dự đoán của:

 Linear Regression

f ( x )=w T x

f ( x )=sgn( x¿¿T x )¿Đầu ra dự đoán của logistic regression thường được viết chung dưới dạng:

f ( x )=θ (w T x)

Trong đó θ được gọi là logistic function Một số activation cho mô hình tuyến tính được

cho trong hình dưới đây:

Hình 2: Các activation function khác nhau

Đường màu vàng biểu diễn linear regression Đường này không bị chặn nên khôngphù hợp cho bài toán này Có một trick nhỏ để đưa nó về dạng bị chặn: cắt phần nhỏhơn 0 bằng cách cho chúng bằng 0, cắt các phần lớn hơn 1 bằng cách cho chúng bằng 1.Sau đó lấy điểm trên đường thẳng này có tung độ bằng 0.5 làm điểm phân chia hai class,đây cũng không phải là một lựa chọn tốt