GIỚI THIỆU
Lý do ch ọn đề tài
Ớt là nông sản phổ biến với sản lượng lớn, đặc biệt tại Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), và việc phát triển canh tác cũng như chế biến sản phẩm từ ớt sẽ nâng cao giá trị gia tăng cho nông sản Việt Nam Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tách cuống trái ớt tươi, nhưng vẫn tồn tại những hạn chế như không tách hoàn toàn cuống, làm dập nát thân trái ớt, và sản phẩm còn lẫn ớt bệnh Đặc biệt, các nghiên cứu hiện tại không phù hợp với đặc tính hình dạng của giống ớt tại ĐBSCL, vốn có kích thước thân trái nhỏ và hình dạng thon dài.
Sản lượng thu hoạch ớt hàng năm ở ĐBSCL vượt quá 90.000 tấn, tạo ra nhu cầu cấp thiết cho việc chế biến tách cuống trái ớt tươi Tuy nhiên, quy trình tách cuống hiện tại hoàn toàn thủ công, dẫn đến năng suất thấp và không đáp ứng được yêu cầu sản lượng, đồng thời ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người lao động.
Luận án nghiên cứu “Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi” nhằm ứng dụng tự động hóa và cơ giới hóa trong quá trình tách cuống trái ớt tươi Mục tiêu là giải quyết các vấn đề hiện tại và đáp ứng nhu cầu cấp thiết của kinh tế, xã hội, từ đó nâng cao giá trị và tính cạnh tranh của chuỗi sản phẩm ớt.
Đối tượ ng nghiên c ứ u
thu hoạch cần được tách cuống Ngoài ra còn có các đối tượng nghiên cứu liên quan khác như: quy trình, phương pháp tách cuống, nhu cầu tách cuống, …
V ấn đề nghiên c ứ u
Các vấn đề nghiên cứu chính của luận án này là:
Nghiên cứu hiện tại về hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi tại khu vực ĐBSCL cần được đánh giá xem có phù hợp với yêu cầu thực tiễn hay không Cần xác định những điểm chưa đáp ứng được để cải thiện hiệu quả của hệ thống này.
Để đáp ứng yêu cầu phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi, cần nghiên cứu và áp dụng nguyên lý hoạt động hiệu quả, đảm bảo tính chính xác và năng suất cao trong quá trình tách cuống.
Vấn đề nghiên cứu 3: Mô hình hệ thống tự động tách cuống được đề xuất sẽ được thực hiện và kiểm tra tính khả thi như thế nào?
Mục tiêu nghiên cứu
Luận án này nhằm phát triển hệ thống tự động tách cuống và phân loại trái ớt tươi, góp phần vào việc tự động hóa và cơ giới hóa trong xử lý và chế biến ớt Mục tiêu là giảm thiểu công lao động thủ công, nâng cao khả năng cạnh tranh và cải thiện chuỗi giá trị sản xuất, chế biến và kinh doanh ớt.
1.4.2 Mục tiêu cụ thể Xuất phát từ mục tiêu tổng quát, các mục tiêu cụ thể của luận án được trình bày như sau:
Mục tiêu 1: Đánh giá tổng quan ưu, nhược điểm của các hệ thống tách cuống hiện có để chỉ ra vấn đề cần giải quyết
Mục tiêu 2: Xác định đặc tính cơ lý và lực tách cuống trái ớt tươi
Mục tiêu 3: Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống tách cuống trái ớt tươi.
Mục tiêu 4: Xây dựng mô hình tựđộng nhận dạng, xử lý ảnh, phân loại trái ớt tươi sau khi tách cuống
Mục tiêu 5: Đánh giá hiệu quả, khả năng ứng dụng của mô hình hệ thống tách cuống và phân loại trái ớt tươi.
Ph ạ m vi nghiên c ứ u
Nghiên cứu trong luận án tập trung vào các giống ớt phổ biến và có sản lượng lớn tại khu vực ĐBSCL, bao gồm Chánh Phong F1 (CP1), Chánh Phong F4 (CP4) và Hai Mũi Tên (MTen) Những giống ớt này đều có đặc điểm chung là trái nhỏ, hình thon dài và khi chín, phần thân trái sẽ có màu đỏ.
Bên cạnh đó, năng suất tính toán của các mô hình thí nghiệm dùng để kiểm tra nguyên lý hoạt động cũng được giới hạn ở mức 10 kg/giờ.
N ộ i dung nghiên c ứ u
Để giải quyết các mục tiêu đã đề ra, luận án bao gồm những nội dung nghiên cứu chính như sau:
Nội dung 1: Lược khảo tổng quan tài liệu, đánh giá ưu, nhược điểm của các hệ thống tách cuống hiện có;
Hệ thống tự động tách cuống và phân loại trái ớt tươi hoạt động dựa trên nguyên lý xác định lực tách cuống cần thiết để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong quá trình phân loại Việc phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống này là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình và nâng cao năng suất.
Nội dung 4: Xác định áp suất phá hủy cuống ớt;
Nội dung 5: Đánh giá mức độđáp ứng của cảm biến màu TCS3200;
Nội dung 6: Xây dựng mô hình kiểm soát lực tách cuống;
Nội dung 7: Xây dựng mô hình mạng CNN để phát hiện vết nứt trên thân trái;
Mô hình mạng CNN được xây dựng nhằm phát hiện vết bệnh trên thân trái, đồng thời khảo nghiệm và đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống tự động tách cuống và phân loại trái ớt tươi.
Phương pháp nghiên cứ u
Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu và giải quyết các vấn đề đặt ra, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được kết hợp, bao gồm phân tích và tổng hợp tài liệu, xử lý số liệu, thực nghiệm và mô hình hóa.
1.7.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu Phương pháp nghiên cứu này được sử dụng để tổng hợp kết quả và phương pháp thực hiện của các công trình khoa học đã được công bố Từ các tổng hợp đó, tình hình thực hiện nghiên cứu về hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi được đánh giá một cách tổng quát đểđưa ra các ưu nhược điểm và các vấn đề cần phải cải tiến
Thông qua việc phân tích và so sánh với các nghiên cứu mới nhất, tính mới và khả thi của nội dung nghiên cứu trong luận án được đề xuất một cách hợp lý Điều này giúp xác định rõ ràng định hướng nghiên cứu, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện đề tài.
1.7.2 Phương pháp xử lý số liệu
Phương pháp này giúp xử lý số liệu một cách có hệ thống, từ đó khái quát hóa các đặc trưng của dữ liệu.
- Tổng hợp và xử lý số liệu đo lực tách cuống cần thiết;
- Tổng hợp và xử lý số liệu đo áp suất phá hủy cuống ớt;
- Tổng hợp và xử lý số liệu đánh giá hoạt động của cảm biến màu TCS3200;
- Tổng hợp số liệu về kết quả tách cuống ớt;
- Tổng hợp và đánh giá tỉ lệ thành công của quá trình phân loại trái ớt nứt gây ra do quá trình tách cuống;
- Tổng hợp và đánh giá tỉ lệ thành công trong quá trình phát hiện vết bệnh trên thân trái ớt
1.7.3 Phương pháp thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để tiến hành các phép đo cần thiết cho quá trình tính toán, thiết kế mô hình Ngoài ra, phương pháp này cũng đã được sử dụng để kiểm tra tính phù hợp của mô hình hệ thống tách cuống đã đề xuất
Phương pháp thực nghiệm được sử dụng cụ thể trong các nội dung sau:
- Xác định lực tách cuống cần thiết;
- Xác định áp suất phá hủy cuống ớt;
- Xác định cường độ tín hiệu phản hồi của cảm biến màu TCS3200;
- Đánh giá hiệu quả của cụm tách cuống;
- Đánh giá hiệu quả của mô hình phân loại ớt bệnh;
- Đánh giá hiệu quả của mô hình phân loại ớt nứt
1.7.4 Phương pháp mô hình hóa Phương pháp mô hình hóa được sử dụng để xây dựng mô hình của các yếu tố cần đánh giá và cần kiểm soát trong quá trình nghiên cứu hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi Phương pháp này được sử dụng trong các nội dung nghiên cứu sau:
- Xây dựng mô hình lực tách cuống cần thiết;
- Xây dựng mô hình điều khiển lực tách cuống;
- Xây dựng mô hình mạng thần kinh tích chập (CNN) để phát hiện vết nứt trên thân trái ớt;
- Xây dựng mô hình CNN để phát hiện vết bệnh trên thân trái ớt tươi đã tách cuống.
Tính c ấ p thi ết và ý nghĩa của đề tài
1.8.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, cây ớt đã được trồng nhiều ở ĐBSCL và nhu cầu tăng cường năng lực chế biến trái ớt sau khi thu hoạch đã thu hút sự quan tâm của xã hội, của nhà quản lý cũng như nhiều nhà nghiên cứu Có nhiều nghiên cứu đã được công bố liên quan đến nội dung này Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có một công trình khoa học hay một giải pháp nào thực sự phù hợp với yêu cầu chế biến thực tiễn ở Việt Nam hiện nay Công đoạn chế biến, tách cuống trái ớt tươi giúp nâng cao giá trị gia tăng của sản phẩm, tăng khả năng bảo quản, vận chu yển và nâng cao tính cạnh tranh Sự thay đổi này sẽ góp phần gia tăng giá trị cây ớt trong chuỗi sản phẩm nông nghiệp, giúp tạo thêm thu nhập và ổn định xã hội
Việc tách cuống trái ớt tươi ở ĐBSCL hiện nay chủ yếu vẫn dựa vào phương pháp thủ công, gây tốn nhiều thời gian và công sức Mặc dù trên thế giới đã có một số hệ thống tách cuống ớt, nhưng chưa có hệ thống nào đáp ứng đủ yêu cầu về năng suất Hệ quả là một lượng lớn trái ớt tươi được bán mà chưa qua tách cuống, dẫn đến giá trị gia tăng thấp Do đó, cần thiết phải nghiên cứu và phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi, cải tiến từ các nguyên lý hiện có để đáp ứng yêu cầu tách cuống hiện tại.
Nghiên cứu sinh đã chọn đề tài “Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi” cho luận án tiến sĩ trong lĩnh vực Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.
1.8.2 Ý nghĩa khoa học Hướng nghiên cứu xử lý tách cuống trái ớt tươi là một đề tài được nhiều người quan tâm Luận án này đã góp phần làm sá ng tỏ luận cứ khoa học về một phương pháp dự đoán lực tách cuống cần thiết và phương pháp kiểm soát lực tách cuống, cũng như làm sáng tỏ khả năng ứng dụng trí tuệ nhân tạo kết hợp với thị giác máy tính để giải quyết vấn đề phân loại, nâng cao chất lượng của quá trình tách cuống trái ớt tươi
1.8.3 Ý nghĩa thực tiễn Luận án đã đề xuất được mô hìn h hệ thống tự động tách cuống và phân loại trái ớt tươi Các thí nghiệm đã chứng minh được tính khả thi và sự phù hợp của mô hình này với yêu cầu thực tiễn của quá trình chế biến ớt tại khu vực ĐBSCL, có khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế, phát triển kinh tế xã hội và chuỗi giá trị cây ớt.
Tính m ớ i c ủa đề tài
Luận án đã đạt được những điểm mới như sau:
- Nguyên lý sắp xếp và tách cuống được thiết lập sao cho phù hợp với đặc tính hình dạng, màu sắc của các giống ớt tại khu vực ĐBSCL;
Mô hình toán học được phát triển nhằm mô tả sự biến đổi của lực tách cuống cần thiết theo thời gian bảo quản, với sự bổ sung các yếu tố mới so với các mô hình hiện có.
Nguyên lý tách cuống sử dụng dây đai và bánh đỡ đã được áp dụng, nhưng các nghiên cứu trước chưa kiểm soát tốt lực tách cuống, dẫn đến hiệu quả chưa cao Nghiên cứu này đã cải tiến bằng cách xây dựng mô hình lực để kiểm soát lực kẹp và tách cuống, dựa trên nguyên lý sử dụng dây đai và bánh đỡ Mô hình lực này hoàn toàn mới và hiệu quả trong việc nâng cao khả năng tách cuống.
Mô hình mạng CNN được phát triển để phát hiện vết nứt và vết bệnh trên thân trái ớt, dựa trên việc tinh chỉnh cấu trúc của mạng thần kinh nhân tạo hiện có, nhằm phù hợp với các đối tượng nhận dạng mới.
C ấ u trúc c ủ a lu ậ n án
Luận án này được trình bày thành các chương với nội dung chính như sau:
Chương 1: Giới thiệu chung về luận án, trong đó trình bày về lý do lựa chọn đề tài, đối tượng nghiên cứu, câu hỏi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa và tính mới của luận án
Chương 2: Tổng quan tài liệu, lược khảo các tài liệu có liên quan đến cây ớt, trái ớt, đặc biệt tập trung vào các nghiên cứu vềphương pháp tách cuống trái ớt tươi Từđó phân tích các ưu, nhược điểm, đánh giá sự phù hợp của các phương pháp tách cuống hiện có với yêu cầu tách cuống trái ớt tươi tại khu vực ĐBSCL và chỉ ra các vấn đề cần cải tiến để dẫn đến nội dung chính của đề tài
Chương 3: Trình bày về phương pháp thực hiện, cách thức triển khai nghiên cứu và bố trí các thí nghiệm Phương pháp tách cuống mới được trình bày ở phần này cùng với các phương pháp đo lực, phương pháp xây dựng mô hình toán, phương pháp xây dựng mô hình mạng CNN và các phương pháp kiểm tra hoạt động của mô hình
Chương 4: Kết quả và thảo luận Các kết quảđạt được của luận án được trình bày và thảo luận trong chương này Những kết quả tốt được nhấn mạnh để nêu bật kết quả đã nghiên cứu, đồng thời những hạn chế cũng được ghi nhận để bàn luận về nguyên nhân và xuất giải pháp khắc phục trong các nghiên cứu tiếp theo
Chương 5: Kết luận và đề xuất Chương này khẳng định ngắn gọn lại kết quả đạt được và ý nghĩa của luận án, đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo.
TỔ NG QUAN TÀI LI Ệ U
Tổng quan về cây ớt và sản phẩm trái ớt tươi
Cây ớt là loại cây trồng ngắn ngày phổ biến ở Việt Nam và trên toàn thế giới, với hình dạng, kích thước, màu sắc và hương vị đa dạng tùy thuộc vào thổ nhưỡng, khí hậu và cách chăm sóc Quả ớt có thể được sử dụng như rau hoặc gia vị, cung cấp hương vị, màu sắc, vitamin, khoáng chất và dinh dưỡng cần thiết cho thực phẩm Ngoài ra, các hoạt chất chiết xuất từ trái ớt còn được ứng dụng trong dược phẩm, mỹ phẩm và sơn, đồng thời ớt cũng được sử dụng để trang trí và làm cây cảnh.
Hì nh 2.1: Trái ớt giống Capsicum pubescens Qua thời gian, các giống ớt tự nhiên đã được thuần hóa để phù hợp với điều kiện gieo trồng của con người Năm giống ớt phổ biến đã được thuần hóa bao gồm Capsicum annuum, Capsicum frutescens, Capsicum chinense, Capsicum baccatum và Capsicum pubescens Capsicum annuum có nguồn gốc chính từ vùng cận nhiệt đới Mexico, trong khi bốn loại còn lại đều có nguồn gốc từ Nam Mỹ Khu vực phía bắc Amazon là nơi thuần hóa Capsicum chinense, và miền tây Amazon được cho là nơi khởi phát của Capsicum frutescens Bolivia được coi là khu vực thuần hóa Capsicum baccatum.
Capsicum pubescens Cho đến nay, n hiều giống ớt khác nhau đã được phổ biến nhiều quốc gia khác nhau [4, 8]
Giống Capsicum pubescens nổi bật với hoa màu tím và hạt màu đen, là cây thân thảo dạng bụi lớn Một số giống có thể sống đến 10 năm ở vùng nhiệt đới châu Mỹ, mặc dù chúng ưa thích nhiệt độ mát từ 4,5 đến 15,5°C Cây trưởng thành hơn 1 năm có khả năng chống lại sương giá nhẹ nhờ vào chất dinh dưỡng tích trữ trong rễ Trái của giống này có hình dạng và màu sắc khác nhau, thường là màu đỏ, cam hoặc vàng, với thịt dày và ít bị mất nước.
Giống Capsicum baccatum có hoa màu kem với các đốm vàng, nâu hoặc xanh đậm, và trái của chúng có độ cay đa dạng, từ rất nhẹ đến cay nồng, kèm theo mùi thơm và hương vị độc đáo.
Ớt Capsicum annuum được phân loại dựa trên các đặc điểm như độ cay, màu sắc, hình dạng, hương vị, kích thước và công dụng Loại ớt này có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ, nhưng phân bố rộng rãi từ Nam Mỹ đến nam Arizona Trong khi đó, Capsicum chinense nổi bật với hình dạng trái đa dạng và được biết đến là loại ớt cay nhất thế giới, với hương vị mạnh mẽ và thơm Cây Capsicum chinense thường cho từ hai đến sáu trái trên mỗi nách lá Capsicum frutescens, mặc dù ít phổ biến hơn, lại có quả nhỏ và cũng là một giống ớt đáng chú ý.
Giống ớt Capsicum chinense, mặc dù có nguồn gốc từ châu Mỹ, hiện nay đã chiếm hơn 80% diện tích trồng ớt tại châu Á, đặc biệt là ở Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc và Thái Lan.
Việt Nam, Sri Lanka và Indonesia là những vùng trồng ớt lớn, trong khi Mỹ, Mexico và Brazil đứng thứ hai thế giới về sản xuất ớt Cây ớt cần khí hậu ấm áp với nhiệt độ lý tưởng từ 21°C đến 30°C để phát triển tốt Nhiệt độ thấp làm giảm khả năng nảy mầm và làm héo các bộ phận non, trong khi nhiệt độ trên 35°C có thể ảnh hưởng xấu đến sự đậu trái, đặc biệt khi kết hợp với độ ẩm thấp Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến chất lượng quả, bao gồm hàm lượng đường và vitamin C, cũng như cường độ màu sắc Ớt trồng vào mùa xuân và mùa hè thường có vị hăng hơn so với ớt trồng vào mùa thu đông.
Cây ớt có thể trồng trên nhiều loại đất, nhưng đất thịt pha cát với độ chặt vừa phải là tốt nhất; cần tránh đất quá nhiều cát hoặc sét Để cây ớt đạt năng suất và chất lượng cao, cần bổ sung các thành phần dinh dưỡng như đạm, lân, kali và các chất vi lượng, đồng thời đảm bảo tính bền vững cho đất trồng.
Trái ớt chứa nhiều thành phần dinh dưỡng quan trọng như tinh dầu, dầu béo, capsaicin, carotene, vitamin, protein, chất xơ và các nguyên tố khoáng Khi chín, ớt có hàm lượng vitamin C cao hơn so với ớt non Capsaicin là chất tạo nên vị cay đặc trưng của ớt, trong khi carotene đóng góp vào giá trị dinh dưỡng và màu sắc của nó Ớt đỏ rất giàu vitamin C và provitamin A, trong khi ớt vàng và ớt xanh có hàm lượng này thấp hơn Ngoài ra, trái ớt còn cung cấp vitamin B-complex, B5, cùng với các khoáng chất như sắt, magiê và kali, cùng với các vitamin C, E có tác dụng chống oxy hóa.
Ớt có khả năng tăng cường hấp thụ sắt từ đậu và ngũ cốc, đồng thời giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, ung thư và tiểu đường Nghiên cứu của G Subha cho thấy những người tiêu thụ nhiều thức ăn cay và ớt có sức khỏe tim mạch tốt hơn Hơn nữa, ớt còn được công nhận trong việc giảm nguy cơ cao huyết áp, với các nghiên cứu chỉ ra mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa việc ăn ớt và tăng huyết áp ở người Trung Quốc.
Cây ớt và trái ớt đóng vai trò quan trọng trong đời sống và sức khỏe con người Sự phổ biến của trái ớt và các sản phẩm từ ớt ngày càng gia tăng, do đó cần chú trọng đến việc trồng trọt và chế biến để nâng cao hiệu quả kinh tế cho sản phẩm nông sản này.
Hiện trạng tr ồng ớt
2.2.1 Diện tích và sản lượng ớt trên thế giới
Bảng 2.1: Các quốc gi a tr ồng ớt nhi ều nhất năm 2020
STT Qu ố c gia Di ệ n tích (ha) T ỷ l ệ (%)
Cây ớt được trồng rộng khắp ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam
Theo thống kê của Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO), Ấn Độ là quốc gia trồng ớt nhiều nhất với diện tích 683.000 ha vào năm 2020, chiếm 41,1% tổng diện tích trồng ớt toàn cầu Ethiopia và Myanmar lần lượt đứng thứ hai và ba với diện tích 168.346 ha và 109.548 ha Tổng diện tích trồng ớt của sáu quốc gia hàng đầu chiếm đến 72,9% toàn thế giới, trong đó Việt Nam cũng có vị trí đáng kể.
Việt Nam có diện tích trồng ớt lên tới 67.125 ha, chiếm khoảng 4% tổng diện tích canh tác Mặc dù số liệu thống kê của FAO có thể chưa phản ánh đầy đủ thực tế, nhưng vẫn cho thấy nước ta sở hữu một diện tích trồng ớt tương đối lớn.
Theo thống kê của FAO, Ấn Độ dẫn đầu thế giới về sản lượng ớt khô với 1.702.000 tấn trong năm 2020, chiếm 38,1% tổng sản lượng toàn cầu Trong khi đó, Việt Nam đứng thứ 11 với sản lượng 97.117 tấn, tương đương 2,2% sản lượng toàn thế giới.
Việt Nam xếp hạng 11 về sản lượng ớt, giảm từ hạng 6 về diện tích trồng, do FAO chỉ thống kê sản lượng ớt khô, trong khi một lượng lớn ớt tươi được chế biến và xuất khẩu.
Bảng 2.2: Các quốc gi a có sản lượng ớt l ớn năm 2020
STT Qu ố c gia S ản lượ ng (t ấ n) T ỷ l ệ (%)
Theo số liệu từ tổ chức FAO, Việt Nam có diện tích và sản lượng ớt đáng kể, đứng ở vị trí cao so với các quốc gia khác Do đó, cây ớt được coi là một yếu tố quan trọng trong chuỗi giá trị kinh tế nông nghiệp của Việt Nam.
2.2.2 Diện tích và sản lượng ớt ở Việt Nam
Theo thống kê của FAO, diện tích trồng và sản lượng ớt của Việt Nam đã tăng liên tục từ năm 1961 đến 2020 Như thể hiện trong Hình 2.5, diện tích trồng ớt có xu hướng tăng đều qua các năm, ngoại trừ năm 1990, khi có sự tăng đột biến, sau đó giảm mạnh trong năm tiếp theo.
Diện tích trồng ớt khô đạt đỉnh vào năm 2017 với 67.874 ha, sau đó giảm nhẹ và tăng trở lại 67.125 ha vào năm 2020 Sản lượng ớt khô cũng ghi nhận sự gia tăng ổn định theo thống kê của FAO, đặc biệt từ năm 1980 đến 1990, tốc độ tăng trưởng nhanh hơn các giai đoạn khác, tương ứng với sự gia tăng diện tích trồng Giai đoạn từ năm 2014 đến 2020, sản lượng ớt khô đạt mức cao nhất so với các giai đoạn trước.
Hình 2.5: Thống kê di ện tích trồng ớt ở Việt Nam
Năng suất trồng ớt khô trên một đơn vị diện tích đã trải qua hai giai đoạn khác biệt rõ rệt trước và sau năm 1990 Trước năm 1990, năng suất chỉ đạt khoảng 1,2 tấn/ha do đất nước gặp nhiều khó khăn và phương pháp trồng ớt còn hạn chế Tuy nhiên, từ sau năm 1990, năng suất đã cải thiện đáng kể, tăng lên khoảng 1,5 tấn/ha nhờ vào việc mở cửa hội nhập, cải tiến phân bón, chăm sóc và giống cây trồng Sự phát triển này đã dẫn đến năng suất ớt khô tăng mạnh cho đến hiện nay.
Hì nh 2.6: Thống kê sản lượng ớt khô của Việt Nam
Sả n lư ợn g ớt k hô (t ấn × 10 00 )
Năng suất ớt khô ở Việt Nam, theo số liệu thống kê năm 2022 của FAO, cho thấy kết quả trung bình toàn quốc Tuy nhiên, khi so sánh với năng suất thực tế tại các địa phương như Đồng Tháp, An Giang, Tiền Giang, số liệu thống kê có sự chênh lệch đáng kể Để đưa ra kết luận chính xác hơn về nguyên nhân, cần có đánh giá chi tiết Dù vậy, kết quả này vẫn phản ánh sự cải thiện đáng kể trong năng suất trồng ớt.
Hì nh 2.7: Thống kê năng suất ớt khô ở Việt Nam
Tỉnh Đồng Tháp hiện là khu vực trồng ớt lớn nhất ở ĐBSCL, với diện tích 2.677 hecta vào năm 2013 và năng suất đạt hơn 30.000 tấn/năm, chiếm 50% sản lượng ớt toàn khu vực Điều kiện thổ nhưỡng tại đây, đặc biệt là ở các khu vực đất cồn trên sông Hậu, rất phù hợp cho việc trồng ớt Các giống ớt chủ yếu được trồng là ớt chỉ thiên, có trái hướng lên trên, và được đánh giá có chất lượng tốt hơn so với các khu vực khác.
Hình 2.8: Trồng ớt trên đồng
N ăn g su ất ớ t k hô (t ấn /h a)
Ngoài tỉnh Đồng Tháp, các khu vực An Phú, Châu Phú của tỉnh An Giang và Bình Ninh của tỉnh Tiền Giang cũng là những vùng chuyên canh ớt với diện tích trồng lớn và sản lượng hàng năm cao Tuy nhiên, diện tích trồng và sản lượng ớt có sự thay đổi liên tục do ảnh hưởng của nhiều yếu tố kinh doanh Điều này cho thấy nước ta có tiềm năng lớn trong sản xuất ớt Do đó, cần chú trọng phát triển cơ giới hóa và tự động hóa trong các khâu từ gieo trồng, chăm sóc, thu hoạch, sơ chế, chế biến, đóng gói đến quảng bá, tiếp thị sản phẩm để nâng cao giá trị kinh tế của cây ớt và các sản phẩm liên quan.
2.2.3 Trồng và thu hoạch ớt
Việc nghiên cứu và phát triển giống ớt trên toàn cầu đã đạt được nhiều tiến bộ, đặc biệt trong việc sử dụng hạt nano bạc, kẽm ôxit và Titan ôxit để kích thích khả năng nảy mầm, từ đó tăng tỷ lệ ươm mầm thành công Ngoài phương pháp ươm mầm truyền thống, công nghệ giải trình tự gen đã giúp tạo ra những giống ớt kháng bệnh, xác định các gen quan trọng trong việc chống lại bệnh xoắn lá Tại khu vực ĐBSCL, đặc biệt là Đồng Tháp và Tiền Giang, các giống ớt chủ yếu thuộc họ Chỉ Thiên như Chánh Phong F1, Chánh Phong F4 và Hai Mũi Tên, đều có đặc tính sinh trưởng phù hợp với thổ nhưỡng địa phương.
Chăm sóc đúng cách các thành phần dinh dưỡng sẽ nâng cao chất lượng và sản lượng ớt Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đáng kể đến năng suất và chất lượng ớt, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu Năng suất ớt có mối tương quan mạnh với sự gia tăng nhiệt độ môi trường.
Sự gia tăng nhiệt độ tối đa ban ngày có tác động lớn hơn so với sự gia tăng nhiệt độ tối thiểu ban đêm Hơn nữa, việc theo dõi các thành phần dinh dưỡng có thể được thực hiện tự động thông qua công nghệ thị giác máy tính kết hợp với trí tuệ nhân tạo, giúp cảnh báo kịp thời về các trường hợp thiếu hụt dinh dưỡng cần bổ sung.
Phương pháp xử lý hạt giống bằng enzym Bacillus amyloliquefaciens không chỉ cung cấp dinh dưỡng đầy đủ mà còn tăng cường khả năng nảy mầm, sức sống của cây con và các thông số phát triển Ngoài ra, phương pháp này còn giúp bảo vệ cây khỏi bệnh thán thư trong điều kiện nhà kính.
Hi ệ u qu ả tài chính c ủ a cây ớ t ở t ỉnh Đồ ng Tháp
ĐBSCL là vùng nông nghiệp trọng điểm của Việt Nam, với Đồng Tháp là tỉnh sản xuất ớt lớn nhất, đặc biệt tại huyện Thanh Bình Các sản phẩm ớt ở đây có lợi thế cạnh tranh cao về độ cay so với các vùng khác Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết liên quan đến sản xuất, chế biến và tiêu thụ ớt.
Lợi nhuận trung bình của nông hộ trồng ớt hiện nay thấp hơn so với các đơn vị kinh doanh như chủ vựa, lái ớt và công ty chế biến Giá cả và sản lượng tiêu thụ ớt không ổn định do sản phẩm chưa đạt yêu cầu về chất lượng và quy trình sơ chế còn yếu kém.
Tổng giá trị doanh thu từ ớt tại tỉnh Đồng Tháp năm 2013 đạt 2.128,7 tỷ đồng, trong đó doanh thu của chủ vựa chiếm 37,5% và nông dân chiếm 31,7% Điều này cho thấy ớt là một phần quan trọng trong cơ cấu giá trị kinh tế của tỉnh Ngoài ra, các tỉnh trồng ớt khác như An Giang và Tiền Giang cũng có giá trị kinh tế từ cây ớt và sản phẩm liên quan không kém phần quan trọng so với Đồng Tháp.
Tổng lợi nhuận của tỉnh Đồng Tháp đạt 394 tỷ đồng, trong đó nông dân chiếm 85,5% Tuy nhiên, lợi nhuận trung bình của từng nông hộ lại rất thấp do sản lượng bán của họ trong năm thấp hơn nhiều so với thương lái và chủ vựa.
Bảng 2.3: Chu ỗi giá trị ớt t ỉnh Đồng Tháp năm 2013
Ch ỉ tiêu Nông dân Thương lái Ch ủ v ự a Công ty xu ấ t kh ẩ u T ổ ng
Lợi nhu ận (VNĐ/kg) 11.074,0 998,0 1.110,0 500,0 13.682,0
Tổng lợi nhuận (tỉ đồng) 337,0 25,8 30,8 0,5 394,0
Tổng thu nhập (tỉ đồng) 674,3 626,9 797,5 30,0 2.128,7
Sản lượng TB/chủ thể/năm
Lợi nhu ận TB/chủ thể/năm
Mặc dù chỉ chiếm 7,8% tổng lợi nhuận, mỗi vựa vẫn thu về hơn 2 tỷ VN đồng mỗi năm Năm 2013, lợi nhuận trung bình của mỗi thương lái đạt 995 triệu đồng, trong khi đó, lợi nhuận của mỗi nông hộ chỉ là 73,1 triệu đồng.
Bảng 2.4 trình bày kết quả cập nhật về diện tích, năng suất, sản lượng và yếu tố tài chính năm 2015 của tỉnh Đồng Tháp Trung bình, mỗi nông hộ tại đây canh tác diện tích 3.900 m², với khoảng diện tích dao động từ 1.000 đến 13.000 m².
Sự gia tăng diện tích trồng ớt trung bình là do lợi nhuận cao hơn so với các loại cây hoa màu khác Mặc dù hoạt động trồng ớt không cần diện tích lớn, nhưng việc mở rộng diện tích trồng sẽ thuận lợi hơn cho việc áp dụng cơ giới hóa và tự động hóa.
Các giống ớt thuộc họ chỉ thiên rất phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt trong thị trường xuất khẩu dưới dạng ớt tươi và ớt khô Năm 2015, sản lượng ớt bình quân đạt trên 5 tấn/hộ, với năng suất trung bình 1,13 tấn/1.000 m²/vụ Tổng chi phí bình quân cho việc trồng ớt là 13,7 triệu đồng/1.000 m², trong đó chi phí đầu vào như giống, phân bón và thuốc bảo vệ thực vật chiếm 7,5 triệu đồng/1.000 m² Chi phí tăng thêm, chủ yếu từ thuê lao động, chiếm 80% và trung bình là 6,2 triệu đồng/1.000 m².
Bảng 2.4: Sản lượng và hiệu quả trồng ớt c ủa tỉnh Đồng Tháp năm 2015
Ch ỉ tiêu Đơn vị Th ấ p nh ấ t Cao nh ấ t Trung bình Độ l ệ ch chu ẩ n
Diện tích 1.000 m 2 1,0 13,0 3,9 2,6 Sản lượng kg/ năm 600,0 26.250,0 5.007,0 4.688,0
Chi phí đầu vào triệu đồng/
Chi phí tăng thêm triệu đồng/
Tổng chi phí triệu đồng/
Lợi nhu ận triệu đồng/
Lợi nhuận/ tổng chi phí % -66,5 1.180,0 135,0
Hiệu quả tài chính từ việc trồng ớt trên mỗi đơn vị diện tích cho thấy năng suất trung bình đạt 1,31 tấn/1.000 m², mang lại doanh thu 29,5 triệu đồng Sau khi trừ tổng chi phí, lợi nhuận trung bình của nông dân đạt 15,8 triệu đồng/1.000 m², tương đương 30,8% doanh thu Lợi nhuận từ trồng ớt cao hơn nhiều so với trồng lúa, với tỷ suất lợi nhuận trên tổng chi phí đầu tư đạt 135% Do đó, trồng ớt được đánh giá là mô hình canh tác có hiệu quả sinh lời cao.
Thị trường ớt ở Đồng Tháp
Hì nh 2.16: Cấu trúc thị trường ớt t ại Đồng Tháp
Chuỗi giá trị ớt của tỉnh Đồng Tháp bao gồm 6 khâu chức năng: cung cấp đầu vào (nhà cung cấp hạt giống, vật tư nông nghiệp), sản xuất (nông dân, hợp tác xã), thu gom (thương lái, chủ vựa), chế biến (công ty, cơ sở chế biến), thương mại (công ty xuất khẩu, đại lý, người bán sỉ, người bán lẻ) và tiêu dùng, như được thể hiện trong Hình 2.16 [31].
Hình 2.17: M ột số cơ sở thu mua ớt ở Thanh Bình, Đồng Tháp Năm 2013, diện tích trồng ớt của toàn tỉnh khoảng 2.766 ha, sản lượng đạt
Trong tổng sản lượng 30.428 tấn ớt, 97,4% được xuất khẩu và 2,6% tiêu thụ nội địa Sau thu hoạch, nông dân bán 84,8% sản lượng cho thương lái, trong khi 15% được bán cho các chủ vựa, chủ yếu do nông dân tự vận chuyển Thương lái và chủ vựa xuất khẩu 6,8% và 87,4% sản lượng ớt, trong khi chỉ 3,9% được bán cho công ty chuyên xuất khẩu ớt tươi và cơ sở chế biến.
Hình 2.18: Trái ớt trước và sau khi tách cuống
Huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp có khoảng 30 vựa ớt với quy mô đa dạng, trong khi xã Bình Ninh, tỉnh Tiền Giang có gần 10 vựa ớt.
Ngoài An Giang và Vĩnh Long, còn nhiều vựa ớt khác ở các tỉnh khác nhau Thương lái thường mua ớt từ nông hộ và cung cấp trực tiếp cho các vựa, chỉ xuất khẩu hoặc bán một phần nhỏ cho tiêu dùng nội địa Sau khi thu mua, ớt được sơ chế qua các bước đơn giản như thổi gió để loại bỏ lá, phân loại thủ công để loại bỏ ớt hư, phân cỡ sơ bộ bằng tay, tách cuống thủ công và cuối cùng là đóng gói hoặc cho vào túi/bao.
Quá trình tách cuống ớt thủ công diễn ra tùy thuộc vào đầu mối phân phối của vựa ớt, cho phép vựa phơi ớt để bán ớt khô theo yêu cầu Phương pháp phơi ớt chủ yếu là phơi trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời Chỉ một số ít đơn vị đầu tư vào hệ thống sấy hiện đại để đáp ứng yêu cầu xuất khẩu khắt khe của một số thị trường.
Hì nh 2.20 : Phơi ớt bằng năng lượng mặt t rời
Tại tỉnh Đồng Tháp, một số đơn vị như cơ sở chế biến muối sấy Ngọc Yến đã thực hiện chế biến ớt thành các sản phẩm có giá trị gia tăng cao Mặc dù chỉ tiêu thụ một lượng ớt nhỏ, nhưng qua quá trình chế biến, giá trị sản phẩm muối ớt sấy tăng lên nhiều lần so với ớt tươi ban đầu Mô hình này cho thấy hiệu quả rõ rệt và cần được chú trọng phát triển.
Hình 2.21 cho thấy chỉ có 5,4% sản lượng tiêu thụ ớt được phân loại khi bán, và 8,7% ớt được phơi khô để bán hoặc dự trữ Nguyên nhân chính là do thị trường yêu cầu ớt tươi, cùng với việc các đơn vị thu mua chưa đáp ứng được yêu cầu chế biến với sản lượng lớn hàng chục tấn mỗi ngày Trong mùa cao điểm, vựa ớt Tấn Đạt phải phơi ớt trên diện tích gần 10,000 m² với hơn 30 lao động nhưng vẫn không đủ sản lượng Điều này cho thấy nhu cầu chế biến như tách cuống, phân loại và sấy khô là rất lớn, cần được chú trọng để nâng cao giá trị gia tăng của trái ớt trong chuỗi giá trị nông nghiệp của khu vực ĐBSCL và Việt Nam.
Hình 2.21: Đặc điểm tiêu thụ ớt của tỉnh Đồng Tháp năm 2015
Các phương pháp loại bỏ cuống trái ớt tươi
Hình 2.22: Máy cắt cuống ớt c ủa Carl E R
Phương pháp tách thủ công bằng tay là phương pháp đầu tiên và vẫn phổ biến ở Việt Nam Để đáp ứng nhu cầu thị trường, nhiều phương pháp tách cuống đã được phát triển Kể từ năm 1974, Carl E Rasmussen đã giới thiệu một máy cắt cuống có thể cố định hoặc di động Máy này có bàn lắc nghiêng để nhận nguyên liệu ớt, với các vật cản điều chỉnh được nhằm dừng trái ớt trong một khoảng thời gian nhất định, cho phép dao thực hiện cắt phần cuống hiệu quả.
Hì nh 2.23: Cụm vận chuyển và cắt cuống của Carl E R
Trên mặt cắt ngang ở Hình 2.25, tấm đỡ được sử dụng để chặn cuống, giúp dao cắt quay và cắt đứt cuống ớt Sau khi cắt, trái ớt cùng với cuống đã bị cắt sẽ được làm sạch bằng luồng không khí và di chuyển đến sàng để loại bỏ cuống.
Phương pháp cắt cuống ớt của Carl E Ramussen mang lại năng suất cao và khả năng xử lý hàng loạt lớn Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không loại bỏ hoàn toàn cuống, dẫn đến việc một phần đài cuống và ngôi sao của cuống vẫn còn trên thân trái ớt Điều này không đáp ứng được yêu cầu tách cuống hiện tại ở ĐBSCL, vì phần cuống thừa sẽ rất khó khăn để loại bỏ sau này, đặc biệt là khi trái ớt đã được phơi khô.
Máy cắt cuống ớt của hãng Beijing Bidragon Machinery đã được thương mại hóa, cung cấp nhiều mẫu mã với năng suất cắt cuống khác nhau.
Máy có hiệu suất sử dụng năng lượng cao, với công suất điện tối đa chỉ 8 kWh cho mẫu lớn nhất có năng suất 500 kg/giờ.
Hình 2.25: M ặt cắt ngang cơ cấu cắt cuống ớt c ủa Carl E R
Máy được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết bị sản xuất thực phẩm, như mô tả trong Hình 2.26b Để cung cấp ớt cho máy, cần sử dụng một băng tải phụ nhằm đảm bảo ớt được cấp đều, như thể hiện trong Hình 2.26a Ớt được đưa vào phễu và quay bên trong lồng, theo Hình 2.26c Lồng quay có các lỗ đủ lớn để cuống ớt đi qua, nhưng đủ nhỏ để giữ lại thân trái ớt Sau một thời gian quay, cuống ớt sẽ được đưa ra ngoài và cắt bởi các lưỡi dao cố định Lồng được thiết kế với góc nghiêng hợp lý để đẩy trái ớt về phía đầu ra.
Máy cắt cuống ớt của hãng Beijing Bidragon Machinery nổi bật với năng suất cao và thiết kế nhỏ gọn, phù hợp cho cả ớt tươi và ớt khô Sản phẩm này đã sẵn sàng cho việc kinh doanh và sử dụng Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của máy là không thể tách hoàn toàn cuống ớt, do phương pháp cắt khiến một phần cuống vẫn dính trên trái ớt Vì lý do này, máy không được chấp nhận trong quy trình chế biến ở ĐBSCL, nơi yêu cầu cuống phải được tách hoàn toàn.
Hệ thống cắt cuống do hãng Tabanli phát triển bao gồm cụm cấp nguyên liệu với bồn nước giúp nổi trái ớt và rửa sạch bề mặt Cuối phần cấp ớt có các chổi quét để làm sạch thân trái ớt Sau đó, ớt được đưa vào cơ cấu cắt cuống kiểu thùng quay, tương tự như các máy của Beijing Bidragon Machinery, với những ưu-nhược điểm giống nhau Mặc dù cuống được cắt, nhưng vẫn không thể loại bỏ hoàn toàn.
Hình 2.27: Hệ thống cắt cuống ớt c ủa hãng Tabanli
Ryan Herbon đã phát triển một hệ thống phân loại ớt, được minh họa trong Hình 2.28 Phương pháp cắt cuống được áp dụng để xây dựng một hệ thống xử lý cuống ớt khác Mô hình này được chế tạo nhằm khảo nghiệm hiệu quả hoạt động, như thể hiện trong Hình 2.29.
Hệ thống phân loại ớt của Ryan Herbon có khả năng loại bỏ hơn 80% bụi bẩn, đồng thời nhận dạng màu sắc của trái ớt sạch với độ chính xác 91,7 ± 3,7% Nhờ vào công nghệ này, nguyên liệu ớt được xử lý sạch sẽ và đồng nhất trước khi tiến hành cắt cuống.
Hình 2.29: Mô hình phân l oại ớt của Ryan Herbon
Mô hình cắt cuống do Ryan Herbon phát triển cho phép di chuyển bằng xe tải đến khu vực thu hoạch, kết hợp với băng tải cấp ớt ở đầu vào Hệ thống này có bộ phận định vị trái ớt trong rãnh chứa, với các cánh gạt mềm được bố trí dọc theo phương di chuyển của trái ớt Khi nhận tín hiệu điều khiển, các cánh gạt sẽ quay và đẩy trái ớt đến đúng vị trí.
Hình 2.30: Hệ thống cắt cuống ớt di động của Ryan Herbon
Hì nh 2.31: Trong thiết kế của Ryan Herbon, việc định vị trái ớt trên băng tải được thực hiện thông qua các máy quay phim, cho phép chụp ảnh vị trí trên đoạn dài 1.000 mm (40 inches) của băng tải Quá trình này giúp xử lý hình ảnh để xác định vị trí của trái ớt và xác định vị trí cắt cuống hợp lý nhất (Hình 2.32).
Hình 2.32: Thu th ập hình ảnh để định vị trái ớt c ủa Ryan Herbon
Hệ thống cắt cuống của Ryan Herbon được trình bày trong Hình 2.33, với giao diện làm việc bao gồm 2 chuyền xử lý Trên màn hình quan sát, vị trí của các trái ớt được hiển thị trực tiếp, cùng với thông tin về vị trí cắt cuống hợp lý.
Quá trình xử lý ảnh bắt đầu bằng việc chụp ảnh và điều chỉnh ngưỡng để phân lập nền thành màu đen và trái ớt thành màu trắng Tiếp theo, khoảng cách giữa các điểm ảnh trắng của trái ớt được tính toán, từ đó xác định vị trí của trái ớt có đường kính lớn nhất.
Vị trí cắt được xác định tại điểm cực đại của tích giữa đường kính lớn nhất và đạo hàm của sự thay đổi đường kính, như thể hiện trong Hình 2.34 Khi vị trí cắt trên trái ớt di chuyển đến dao cắt (Hình 2.35), tín hiệu tương ứng sẽ được kích hoạt để cắt bỏ phần cuống Cơ cấu cắt được thiết kế theo dạng lưỡi kéo, cho phép hoàn thành một chu trình cắt trong thời gian 11 ms.
Hình 2.34: Qu á trình xử lý ảnh của Ryan Herbon
Xu hướ ng ứ ng d ụ ng t ự độ ng hóa và th ị giác máy tính trong nông nghi ệ p 34
Để cải tiến hợp lý trong nông nghiệp thông minh và chế biến nông sản sau thu hoạch, việc nắm bắt xu hướng hiện tại là rất quan trọng Nội dung này sẽ tổng hợp các nghiên cứu mới liên quan đến chăm sóc, quản lý, thu hoạch, chế biến và phân loại ớt cùng một số loại nông sản phổ biến khác.
Cơ giới hóa và tự động hóa trong nông nghiệp và chế biến thực phẩm đang trở thành xu hướng tất yếu, được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và máy học đã thúc đẩy nhiều quy trình chuyển từ thực hiện thủ công sang tự động hoàn toàn hoặc tự động từng phần.
Việc này mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm chi phí vật tư, nâng cao chất lượng và độ ổn định của sản phẩm, đơn giản hóa quy trình kiểm soát, thực hiện nhanh chóng và giảm sự phụ thuộc vào môi trường.
Ứng dụng Android hỗ trợ nông dân trong việc tra cứu bệnh trên cây ớt bằng cách sử dụng mạng học sâu và phương pháp tính toán xác suất Ứng dụng này có khả năng chẩn đoán 37 triệu chứng và 10 loại bệnh do nấm gây ra, với tỷ lệ đánh giá chính xác trung bình đạt trên 84%.
Trong một nghiên cứu với 53 người tham gia, nhóm nông dân và nhóm chuyên gia về bệnh cây ớt đã đánh giá mô hình chẩn đoán, cho thấy tỷ lệ chính xác cao nhất lần lượt là 86% và 85,14%.
Việc chẩn đoán bệnh trên lá và trái của các loại cây trồng khác đã được thực hiện với nhiều thuật toán, đạt tỷ lệ chẩn đoán chính xác cao Để cải thiện quá trình chăm sóc cây trồng, một mô hình tự động đã được xây dựng nhằm đánh giá ảnh hưởng của trạng thái cây đến năng suất cây ớt Mô hình sử dụng 8 thông số đầu vào, bao gồm: số trái trên cây, số ngày từ khi gieo đến khi ra hoa 50%, số ngày từ khi gieo đến khi ra hoa, thời gian giai đoạn sinh sản, tỷ lệ nước trong trái ớt, độ rộng tán, số ngày từ khi gieo đến trổ hoa và chiều cao cây Mô hình mạng thần kinh nhân tạo được áp dụng để mô phỏng ảnh hưởng của các thông số này đến năng suất cây ớt.
Mô hình nghiên cứu với 692 kiểu gen bản địa cho thấy độ chính xác đạt R² = 0,97 Trong 8 yếu tố được khảo sát, số trái trên cây có ảnh hưởng cao nhất đến năng suất.
Hì nh 2.44: H ệ thống tự động đánh giá năng suất xoài
Dự đoán năng suất cây trồng bằng phương pháp thị giác máy tính đang trở thành xu hướng nghiên cứu nổi bật Nhiều hình ảnh từ diện tích trồng được thu thập để tạo thành một bức tranh tổng thể về toàn bộ khu vực canh tác Quá trình nhận dạng sau đó được thực hiện để đánh giá số lượng trái và năng suất tiềm năng Phương pháp này đã được áp dụng thành công cho các cánh đồng trồng việt quất và xoài.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để hỗ trợ quá trình thu hoạch, bao gồm việc xây dựng mô hình đánh giá độ chín của trái trên cây nhằm đảm bảo chất lượng thu hoạch Phương pháp phát hiện và định vị trái bằng cách sử dụng nhiều loại máy quay phim hoặc máy quét laser kết hợp với thuật toán xử lý hình ảnh đã được phát triển thành công Đặc biệt, nghiên cứu gần đây sử dụng máy quay phim ảnh nhiệt để thu thập dữ liệu trái ớt, với hai mô hình mạng thần kinh nhân tạo Mask-RCNN và Yolov3 được huấn luyện để nhận dạng trái ớt và vị trí của nó trong điều kiện dễ bị che khuất Kết quả cho thấy mô hình Yolov3 có khả năng phát hiện tốt hơn, mở rộng khả năng thu hoạch trong điều kiện ánh sáng yếu.
Nhiều nghiên cứu đã tự động hóa quá trình thu hoạch cho các loại cây trồng phổ biến và có giá trị kinh tế cao như cà chua, trái vải, táo, chanh và dâu tây.
Hì nh 2.45: Định vị trái ớt trên cây để hỗ trợ thu hoạch Sự phát triển của Internet vạn vật (IoTs) đã cải tiến quản lý nông trại từ hệ thống cũ sang phương pháp cập nhật thời gian thực trên dữ liệu điện toán đám mây, giúp nhà quản lý nhanh chóng nắm bắt thông tin về trạng thái nông sản và giảm thời gian điều khiển các thông số chăm sóc Kết hợp IoTs với kỹ thuật xử lý hình ảnh và mạng học sâu, UAV được sử dụng trong trồng trọt, chuyển đổi phương thức canh tác truyền thống sang nông nghiệp chính xác, từ tưới tiêu, bón phân, sử dụng thuốc trừ sâu, đến giám sát sự phát triển cây trồng và quản lý dịch bệnh.
Sấy là một bước quan trọng trong quy trình xử lý sau thu hoạch của nhiều loại nông sản, đặc biệt là trái ớt Tại Đồng bằng sông Cửu Long, sản lượng ớt khô chiếm tỷ trọng lớn, với tỉnh Đồng Tháp có tỷ lệ ớt khô vượt trội.
43% sản lượng ớt xuất khẩu được thực hiện thông qua phương pháp sấy ớt, chủ yếu sử dụng năng lượng mặt trời Phương pháp này có ưu điểm là giữ màu sắc tốt nhờ vào nhiệt độ sấy thấp Tuy nhiên, thời gian sấy bằng năng lượng mặt trời thường lâu hơn do mức độ tập trung năng lượng thấp hơn so với các nguồn nhiệt khác.
Nhiều phương pháp đã được đề xuất để nâng cao hiệu quả sấy, bao gồm sấy trong nhà kính, sấy đối lưu cưỡng bước và sấy bơm nhiệt Những phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giúp giảm khí thải nhà kính trong quá trình chế biến ớt khô.
Phương pháp sấy là cách hiệu quả để bảo quản trái ớt lâu hơn, bên cạnh đó, xử lý hóa chất và điều chỉnh môi trường cũng góp phần kéo dài thời gian bảo quản cho trái ớt tươi Việc sử dụng khí ôzôn, tia cực tím, hoặc tia hồng ngoại giúp khử khuẩn và giảm thiểu hao hụt trong quá trình bảo quản.
Phân loại cũng là một khâu quan trọng trong quá trìn h chế biến nông sản nói chung
Tóm t ắ t t ổ ng quan và m ụ c tiêu c ủa đề tài
Cây ớt và sản phẩm từ ớt đóng vai trò quan trọng trong đời sống hiện nay, đặc biệt tại ĐBSCL, nơi có diện tích trồng và sản lượng ớt lớn Nhu cầu tự động chế biến cuống trái ớt tươi đang gia tăng Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã đạt được kết quả khả quan, nhưng vẫn tồn tại những hạn chế như không thể loại bỏ cuống hoàn toàn, tỷ lệ tách cuống thành công thấp và tỷ lệ hư hỏng trái ớt cao Những vấn đề này gây khó khăn cho các hệ thống hiện tại trong việc đáp ứng yêu cầu chế biến ớt tại ĐBSCL Nghiên cứu này đề xuất cải tiến và kiểm chứng nguyên lý hoạt động của hệ thống tách cuống trái ớt nhằm mục tiêu loại bỏ hoàn toàn cuống và phân loại ớt hư hỏng, từ đó nâng cao chất lượng thành phẩm.
Để đạt được mục tiêu tách hoàn toàn phần cuống khỏi thân trái ớt và phân loại các trái ớt nứt, ớt bệnh, hệ thống xử lý được đề xuất bao gồm các cụm: cấp ớt, sắp xếp, tách cuống và phân loại ớt Chương này sẽ trình bày vị trí và yêu cầu tách cuống trong chuỗi chế biến trái ớt, cùng với các phương pháp thiết kế và khảo nghiệm chi tiết cho từng cụm chức năng của hệ thống tách cuống.
Mục 3.1 cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình chế biến ớt, nhấn mạnh vai trò và nhiệm vụ của khâu chế biến tách cuống trái ớt tươi Điều này rất quan trọng trong quy trình chế biến chung tại các điểm thu mua và phân phối trái ớt tươi.
Mục 3.2 phân tích chi tiết đối tượng nghiên cứu là trái ớt tươi, tập trung vào việc tách cuống và làm rõ cấu trúc cũng như các đặc tính của mối liên kết giữa cuống và thân trái ớt.
- Mục 3.3 trình bày nguyên lý hoạt động của mô hình hệ thống được đề xuất và chức năng cụ thể của từng cụm;
- Mục 3.4 mô tảphương pháp xác định các kích thước cơ bản và trọng lượng của trái ớt tươi;
Mục 3.5 trình bày mô hình dự đoán lực tách cuống ớt dựa trên thời gian bảo quản Các phương pháp thực nghiệm, lựa chọn mô hình toán, hồi quy và kiểm tra độ tin cậy được mô tả chi tiết Kết quả cho phép dự đoán nhanh giá trị lực tách cuống tại thời điểm cụ thể, từ đó xác định khoảng thời gian tách cuống hợp lý Đồng thời, đây cũng là cơ sở để tính toán lực kẹp cuống cần thiết nhằm tách rời cuống khỏi thân trái ớt.
- Mục 3.6 thiết lập phương pháp xác định áp suất phá hủy cuống ớt để làm cơ sở tính toán kiểm soát lực tách cuống ở dưới ngưỡng phá hủy;
Mục 3.7 mô tả nguyên lý hoạt động của cụm sắp xếp và phương pháp sắp xếp ớt nhằm tách cuống, cùng với các khảo sát để xác định thông số hoạt động tối ưu cho cụm chức năng này.
Mục 3.8 trình bày mô hình thể hiện mối quan hệ giữa lực kẹp để tách cuống và lực đo được trên cảm biến lực Từ mối quan hệ này, cùng với các điều kiện làm việc trong quá trình tách cuống ớt, ràng buộc kiểm soát lực tách cuống được xác định Hơn nữa, hệ số ma sát giữa bề mặt cao su và bề mặt cuống trái ớt cũng được xác định, đây là thông tin chưa có sẵn trong các tài liệu hiện có.
Mục 3.9 trình bày quy trình xây dựng mô hình phương pháp đảo trái ớt nhằm kiểm tra toàn bộ phần thân trái Bên cạnh đó, mô hình mạng CNN được sử dụng để phát hiện đối tượng, từ đó nâng cao chất lượng phân loại sản phẩm.
