báo cáo nhập môn ngành điện đề tài tìm hiểu hệ thống chăm sóc cây trồng thông minh

Việc làm này sẽ giúp giảm nhân công lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế, tạo bước đột phá về năng suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội và đảm bảo sự phát

BỘ MÔN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Hoàng Sỹ Hồng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hải Minh 20212885

Vũ Tứ Kiên 20210496

Đặng Quốc Huy 20212834

Lớp: ĐK&TĐH 07, 08 – K66

A - Gi i thi u ớ ệ 4

B - Gi i thi u h thốống chăm sóc cây trốồng thống minh ớ ệ ệ 5

I H thốống giám sát mối tr ệ ườ 5 ng 1.Tổng quan 5

2 Giới thiệu về các loại cảm biến 5

2.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí 5

2.2 Cảm biến giám sát các thông số của đất 6

2.3 Cảm biến đo độ dẫn điện EC của đất 6

2.4 Cảm biến đo độ PH của đất 7

2.5 Cảm biến đo hàm lượng NPK của đất 7

2.6 Cảm biến ánh sáng 7

2.7 Cảm biến CO2 Carbon Dioxide 8

3 Kết luận 8

II Tìm hi u vềồ UAV phun thuốốc tr sâu ể ừ 8

1.Tổng quát 8

2 Những lợi ích của việc sử dụng UAV phun thuốc trừ sâu 9

2.1 Máy bay phun thuốc không gây ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người 10

2.2 Phun thuốc bằng máy bay rẻ hơn so với thuê người phun thủ công 10

2.3 Hiệu quả trong việc diệt trừ và kiểm soát sâu bệnh 10

2.4 Máy bay phun thuốc giúp tiết kiệm nước và thuốc 11

2.5 Máy bay phun thuốc có thể rải phân, gieo sạ 11

3 ng d ng vào th c tềố Ứ ụ ự 11

4 Kết luận 12

III Tìm hi u vềồ h thốống t ể ệ ướ ự ộ 12 i t đ ng 1.Tổng quan 12

2 Giới thiệu các hệ thống tưới tự động phổ biến 13

2.1 Hệ thống tưới tự động phun mưa 13

2.2 H thốống t ệ ướ i nh gi t ỏ ọ 14

2.3 H thốống phun s ệ ươ 14 ng 2.4 Hệ thống tưới cỏ 15

3 Các thành phâồn 15

4 L p trình h thốống t ậ ệ ướ ự ộ 15 i t đ ng 5 Mố hình m i qu n lý h thốống t ớ ả ệ ướ i tều t đ ng ự ộ 15

IV Tìm hi u vềồ h thốống thu ho ch t đ ng ể ệ ạ ự ộ 16

1.T ng quan ổ 16

2 Gi i thi u m t sốố robot thu ho ch t đ ng ớ ệ ộ ạ ự ộ 16

2.1 Robot hái cà chua c a Panasonic ủ 16

2.2 Robot hái táo ch y băồng chân khống c a Abitable Robotcs ạ ủ 17

2.3 Thiềốt b hái dâu tây "Berry 5" c a Harvest CROO Robotcs ị ủ 17

2.4 Robot bay t hành (FAR) ự 18

V Tìm hi u vềồ h thốống chiềốu sáng thống minh ể ệ 19

1 T ng quan ổ 19

2 Gi i thi u m t sốố lo i bóng đèn ớ ệ ộ ạ 20

2.1 Bóng đèn s i đốốt ợ 20

2.2 Đèn huỳnh quang 20

2.3 Bóng Halide 20

3 Tìm hi u h thốống điềồu ch nh chiềốu sáng ệ ệ ỉ 21

3.1 C m biềốn đo ánh sáng ả 21

3.2 Tìm hi u b điềồu khi n t đ ng b t đèn khi tr i tốối AS10 220V ể ộ ể ự ộ ậ ờ 21

C- T ng kềốt ổ 22

LỜI NÓI ĐẦU

Sau thời gian gần 4 tháng học tập tại Đại Học Bách Khoa Hà Nội, chúng em cảm nhận được rằng, khác với khi còn học trung học phổ thông, bước vào giảng đường đại học, được tiếp cận với một phương thức đào tạo mới chúng em sẽ phải học tập với một tinh thần hoàn toàn khác, mà điểm khác biệt rõ rệt nhất là chúng em phải thể hiện sự tự chủ, tính độc lập trong học tập Nhưng chúng em luôn vững tin vì biết rằng đồng hành cùng chúng

em luôn là các thầy cô giáo – những người đang ngày đêm tận tụy trên giảng đường để truyền đạt cho bao thế hệ sinh viên những kiến thức quý báu cùng những kỹ năng, kinh nghiệm để làm hành trang vào đời.

Đặc biệt trong bộ môn Nhập môn ngành điện, được sự phân công ưu ái của nhà trường, chúng em được thực hiện học phần này dưới sự hướng dẫn của thầy Hoàng Sỹ Hồng Dù mới qua bước đầu làm việc với thầy, em đã cảm nhận được ở thầy sự tận tình, nhiệt huyết vô cùng lớn Dù với cương vị Phó Viện trưởng rất bận bịu, áp lực, thầy đều không hề tiếc thời gian phân tích, chỉ bảo, đưa ra những lời khuyên vô cùng kịp thời và quý báu Em xin được gửi tới thầy lời biết ơn sâu sắc nhất!

Chúng em đã cố gắng hoàn thiện tốt nhất báo cáo này trong khả năng của mình, tuy nhiên do không có nhiều kinh nghiệm nên bản báo cáo này khó tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Vì vậy em mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo của thầy cũng như quý thầy cô giảng viên, giáo vụ của Trường Điện – Điện tử.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

A - Giới thiệu

Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đem lại rất nhiều sự thay đổi trong các lĩnh vực Dù là nông nghiệp, công nghiệp hay dịch vụ thì việc ứng dụng các thiết bị, phương pháp hiện đại đều mang tới những hiệu quả thiết thực.

Sau hơn 30 năm đổi mới, nông nghiệp Việt Nam đã chủ động tiếp cận

và ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến trong các quá trình sản xuất nông nghiệp, do đó đã góp phần đưa Việt Nam trở thành một trong những nước xuất khẩu nông sản hàng đầu thế giới

Tuy nhiên quá trình ứng dụng tự động hóa trong sản xuất nông nghiệp nói chung còn diễn ra khá chậm, nhu cầu lao động trong sản xuất nông nghiệp còn nhiều, trong khi năng suất lao động thấp, sự kết hợp giữa các khâu thu hoạch, chế biến, bảo quản nông sản còn nhiều bất cập Tỷ lệ thất thoát sau thu hoạch còn cao gây lãng phí và giảm giá trị kinh tế rất lớn.

Do đó việc ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông nghiệp đang

là nhu cầu cấp thiết với sản xuất nông nghiệp Việt Nam hiện nay Việc làm này sẽ giúp giảm nhân công lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế, tạo bước đột phá về năng suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội và đảm bảo sự phát triển nông nghiệp bền vững.

Trong lĩnh vực cây trồng việc ứng dụng hệ thống tự động hóa, trí tuệ nhân tạo và IoT đang phát triển rất mạnh trên thế giới Ví dụ với các hệ thống tưới, cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng trước đây chỉ đơn thuần là phương pháp tưới tiết kiệm nhỏ giọt thì giờ đây đã có những hệ thống tưới tối ưu áp dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo để dự báo độ ẩm của đất, dự báo khả năng mưa để từ đó đưa đến quyết định tưới phù hợp.

Chính vì vậy, hệ thống chăm sóc cây trồng ra đời như một tất yếu của

sự phát triển.

B - Giới thiệu hệ thống chăm sóc cây trồng thông minh

Với một nước nông nghiệp như chúng ta, việc tự động hóa những hệ thống chăm sóc cây trồng đem lại năng suất lớn hơn, chất lượng tốt hơn Điển hình như các hệ thống giám sát môi trường, tưới tiêu, thu hoạch, chiếu sáng và UAV phun thuốc trừ sâu đem lại triển vọng lớn.

I Hệ thống giám sát môi trường

1.Tổng quan

- Hệ thống giám sát môi trường sự dụng công nghệ IoT, tích hợp các cảm biến như: +Cảm biến giám sát các thông số của đất

+ Cảm biến đo độ dẫn điện EC của đất.

+ Cảm biến đo độ PH của đất.

+ Cảm biến đo hàm lượng NPK của đất.

+ Cảm biến ánh sáng.

+ Cảm biến CO2 Carbon Dioxide.

+ Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí.

Ưu điểm:

Tiết kiệm chi phí: Nhận biết rõ chất lượng môi trường, nhu cầu ánh sáng, nước,

chất dinh dưỡng của cây,… từ đó giảm thời gian lao động, giảm sự lãng phí nước,phân bón cho cây trồng.

Tiết kiệm nguồn nước: Biết chính xác lượng mưa để có thể tối ưu hóa việc

tưới tiêu.

Tiết kiệm thời gian: Không phải tự mình làm một số công việc thủ công mất

thời gian, tận dụng tốt quỹ thời gian đó cho các kế hoạch công việc khác.

Đưa ra quyết định dễ dàng hơn: các công việc gieo trồng, tưới tiêu, phun

thuốc trừ sâu, chăm bón cho cây trồng đều căn cứ vào thời tiết để tiến hành Do đó, nhờ có dữ liệu giám sát thời tiết chính xác mà người người sử dụng có thể dễ dàng đưa ra các quyết định hành động.

2 Giới thiệu về các loại cảm biến 2.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí

Có thể theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm không khí trong môi trường trồng trọt nông nghiệp

Phạm vi giám sát nhiệt độ và độ ẩm mặc định lần lượt là -40 ℃ ~ + 80 ℃ và 0%

RH ~ 100% RH Để theo dõi thời tiết ngoài trời cùng với trạm khí tượng nông nghiệp, nhà kính

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm ES35-SW sử dụng đơn vị đo nhiệt độ và độ ẩm sử dụng linh kiện nhập khẩu Mỹ cấp công nghiệp tích hợp Chip vi xử lý có đặc tính đo chính xác và giao tiếp ổn định.

2.2 Cảm biến giám sát các thông số của đất

Độ ẩm của đất quyết định tình trạng cung cấp nước của cây trồng Độ ẩm của đất quá cao hoặc quá thấp sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển bình thường của cây trồng trên mặt đất Chỉ với độ ẩm đất thích hợp, khả năng hút nước của rễ và thoát hơi nước của lá mới

có thể đạt đến trạng thái cân bằng, do đó thúc đẩy sự phát triển của rễ cây trồng Cảm biến nhiệt độ độ ẩm của đất đo phần trăm thể tích độ ẩm của đất bằng cách đo hằng số điện môi của đất.

Phương pháp máy đo độ ẩm của đất đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành có thể phản ánh trực tiếp và ổn định độ ẩm thực của các loại đất khác nhau.

2.3 Cảm biến đo độ dẫn điện EC của đất

Cảm biến đo độ dẫn điện và PH nông nghiệp chủ yếu được sử dụng trong việc giám sát nông nghiệp với hệ thống máy tích hợp nước và phân bón Chúng chủ yếu được sử dụng để theo dõi các giá trị độ dẫn điện EC của đất, pH và nhiệt độ của chất lỏng phân bón sau khi trộn, đồng thời hiển thị và tải lên hệ thống kiểm soát nước và phân bón thông qua màn hình LCD .

Các chip nhớ tích hợp của cảm biến đo độ dẫn điện EC trong nông nghiệp và cảm biến PH nông nghiệp có chức năng lưu trữ, có thể lưu trữ dữ liệu lịch sử của 2 ngày và 3 ngày tương ứng.

2.4 Cảm biến đo độ PH của đất

Duy trì độ pH thích hợp của đất là yêu cầu cơ bản để cây trồng phát triển bình thường Khi cảm biến pH đất phát hiện điện cực (cảm biến) tiếp xúc trực tiếp với đất, dòng điện được tạo ra bởi phản ứng oxy hóa-khử trong phản ứng hóa học sẽ được sử dụng và giá trị hiện tại sẽ điều khiển dữ liệu của các đơn vị giá trị pH khác nhau tương ứng với ampe kế, được chuyển đổi bởi máy chủ.

Kết quả được hiển thị dưới dạng giá trị số; kim thép là một điện cực chống ăn mòn đặc biệt được làm bằng vật liệu hợp kim đặc biệt, có khả năng chống ăn mòn axit và kiềm Vỏ được làm kín hoàn toàn bằng nhựa epoxy chống cháy màu đen, và cấp độ bảo

vệ là IP68.

2.5 Cảm biến đo hàm lượng NPK của đất

Bằng cách phát hiện hàm lượng nitơ, phốt pho và kali trong đất để đánh giá độ phì nhiêu của đất, người sử dụng sẽ thuận tiện khi đánh giá tình trạng đất một cách tối ưu nhất.

2.7 Cảm biến CO2 Carbon Dioxide

Cây trồng liên tục hấp thụ CO2 trong khí quyển để quang hợp và sử dụng quá trình quang hợp để tạo ra chất dinh dưỡng duy trì sự phát triển và sinh trưởng của cây trồng Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng lên, quá trình quang hợp của thực vật sẽ được tăng cường đáng kể.

Cảm biến CO2 carbon dioxide sử dụng công nghệ xác minh hồng ngoại mới để đo nồng độ CO2 trong môi trường Phản hồi nhanh và nhạy, tránh được tuổi thọ và độ trôi lâu dài của các cảm biến điện hóa truyền thống;

Phạm vi đo mặc định là 0 ~ 5000ppm, có bù nhiệt độ, bị ảnh hưởng bởi Nhiệt độ bên ngoài ảnh hưởng nhỏ.

3 Kết luận

So với nền nông nghiệp hiện đại, nền nông nghiệp truyền thống phụ thuộc nhiều vào sức người và sử dụng máy móc, công cụ nông nghiệp đơn giản đã dần bộc lộ những nhược điểm của nó Nông nghiệp hiện đại sử dụng Internet of Things và công nghệ cảm biến để cung cấp dữ liệu tăng trưởng cây trồng chính xác và kịp thời để xây dựng các chương trình trồng trọt khoa học, tiết kiệm lao động, tối ưu hóa giống cây trồng, nâng cao chất lượng và năng suất cây trồng.

II Tìm hiểu về UAV phun thuốc trừ sâu

1.Tổng quát

UAV phun thuốc trừ sâu hay Drone phun thuốc trừ sâu là thiết bị bay không người lái siêu nhẹ, chuyên sử dụng cho dịch vụ nông nghiệp.

Ngày nay, ngoài việc phun thuốc trừ sâu thì UAV còn có khả năng làm nhiều nhiệm vụ khác như bón phân, gieo hạt,

Từ năm 2007, những chiếc UAV công nghệ ly tâm đầu tiên xuất hiện tại Việt Nam đã đưa nông nghiệp Việt Nam bước thêm bước mới trong định hướng phát triển nông nghiệp công nghệ cao.

Drone nông nghiệp hay UAV nông nghiệp là thiết bị bay không người lái sử dụng trong canh tác nhằm giám sát sự tăng trưởng của cây trồng giúp cho tìm biện pháp chăm bón để tăng sản lượng.

Thông qua việc sử dụng các cảm biến tiên tiến và máy chụp ảnh kỹ thuật số đặt trên thiết bị bay không người lái người sử dụng có thể thu thập hình ảnh phong phú hơn

về các cánh đồng rộng lớn của mình Thông tin thu được từ các thiết bị như vậy rất hữu ích trong việc chọn lựa cách thức tưới và chăm bón, nâng cao hiệu quả của trang trại Các drone có tải trọng đủ lớn, cỡ chục kg, được dùng cho bón phân, phun thuốc trừ sâu, gieo hạt, và đã bắt đầu ứng dụng ở Việt Nam.

Công nghệ Drone giúp cho người người sử dụng ngày nay một phương tiện kiểm soát được trang trại của mình Nó không thay thế hoàn toàn các chuyến thăm trực tiếp, nhưng giúp giảm số chuyến và tăng lượng thông tin có được Nhờ đó có thể cắt giảm các yêu cầu về lao động và cả về nguồn lực như nước ngọt và thuốc trừ sâu.

Để lấy hình ảnh các cánh đồng từ trên không, hiện tại có các loại quan sát khác nhau.

 Quan sát ở ánh sáng thông thường như là "mắt của chim" Nó cho thấy các nhu cầu tưới tiêu, sự biến đổi của đất, và tình trạng sâu bệnh và nấm.

 Nếu dùng quan sát đa phổ, những hình ảnh này được sử dụng để hiển thị một tầm nhìn hồng ngoại cũng như một chế độ xem quang phổ Nó có thể thấy sự khác biệt giữa thực vật khỏe mạnh và không khỏe mạnh.

Các quan sát kết hợp sẽ cho người người sử dụng thấy tình trạng trang trại mà bình thường khó có thể nhìn thấy bằng mắt thường, giúp người sử dụng đánh giá sự tăng trưởng của cây trồng, cũng như có biện pháp phù hợp cho sản xuất cây trồng Ngoài ra, drone có thể khảo sát mùa màng cho người sử dụng theo định kỳ theo ý thích của họ Từ một sự lựa chọn hàng tuần, hàng ngày hoặc mỗi giờ, người sử dụng có thể sử dụng thông tin này để cho thấy sự thay đổi của cây trồng theo thời gian, do đó cho thấy nơi có thể có một số "điểm khó khăn" Điều này chứng tỏ là một lợi ích quan trọng bởi vì bằng cách xác định những điểm rắc rối này, người sử dụng có thể cố gắng cải thiện công tác quản lý cây trồng và cải thiện sản lượng cây trồng của họ.

2 Những lợi ích của việc sử dụng UAV phun thuốc trừ sâu

2.1 Máy bay phun thuốc không gây ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người

Như các bạn cũng đã biết, thuốc trừ sâu là một loại hóa chất rất độc, loại hóa chất

mà người ta có thể dùng để t.ự s.á.t Việc hít phải hay vô tình để rơi vào mắt hay miệng thì rất nguy hiểm, có thể ảnh hưởng tới sức khỏe.

Với cách phun thuốc trừ sâu thủ công bằng bình phun thông thường sẽ không tránh khỏi việc tiếp xúc trực tiếp với thuốc trừ sâu dù đã có đeo khẩu trang,đồng thời phải lội ruộng trực tiếp Đặc biệt, khi phun những loại cây ăn quả có tán cao và rộng thuốc sẽ phun tung tóe rất nguy hiểm cho bà con nông dân.

Ngoài ra, phun bằng phương pháp thông thường thì khó mà phun đồng đều lượng thuốc cho cả cánh đồng hay khu vườn được Điều đó dẫn tới việc thuốc trừ sâu bị dư thừa ngấm trên cây, đất, ảnh hưởng đến môi trường.

Máy bay phun thuốc trừ sâu ra đời để khắc phục những hạn chế đó Với Drone phun thuốc này bà con nông dân chỉ việc cho thuốc và nước vào máy bay, rồi tiến hành điều khiển đến địa điểm phun, rồi nhấn nút nó sẽ phun tự động Với công nghệ phun hiện đại giúp thuốc được tán đều, độ chính xác cao.

Thêm vào đó, việc vệ sinh máy sau khi phun cũng khá dễ dàng.

2.2 Phun thuốc bằng máy bay rẻ hơn so với thuê người phun thủ công

Hiện nay, việc thuê người phun thuốc trừ sâu thì khá khó khăn, tiền thuê rơi vào khoảng 30.000-40.000 đồng/giờ Nhưng với các dịch vụ cho thuê máy bay phun thuốc thì giá chỉ rơi vào 20.000-30.000 đồng/giờ Phương tiện này có thể phun trên mọi địa hình, trời sáng hay trời tối, thậm chí là vẫn có thể phun dưới mưa (không có gió) Giúp tiết kiệm thời gian và công sức hơn.

2.3 Hiệu quả trong việc diệt trừ và kiểm soát sâu bệnh

Hệ thống và công nghệ phun thuốc hiện đại kết hợp gió từ cánh quạt, máy bay Drone phun thuốc trừ sâu giúp thuốc thấm đều trên từng mặt lá Ngoài ra, nhiều dòng máy bay Drone phun thuốc còn hệ thống nhận dạng AI thông minh theo dõi và kiểm soát dịch bệnh một cách hiệu quả.

Qua đó, dịch bệnh được dập nhanh hơn, góp phần nâng cao năng suất cây trồng.