Agriculture IoT System, Giải Pháp Cho Nông Nghiệp Công Nghệ Cao

14

Ngồi tại quán cà phê với chiếc điện thoại trên tay, chỉ vài thao tác đơn giản trên màn hình, chủ trang trại đã hoàn thành việc điều khiển quá trình chăm sóc cho cây trồng ở những trang trại rất xa. Việc này đã không còn là viễn cảnh với Agriculture IoT System, hệ thống do nhóm giảng viên tại bộ môn Nông nghiệp công nghệ cao khoa Nông học, Đại học Nông Lâm Huế nghiên cứu ra. Nhóm đã dành 4 năm để nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện, đến nay hệ thống đã đạt được nhiều giải thưởng sáng tạo kỹ thuật tại tỉnh TT Huế và toàn quốc. Hệ thống cũng đã được cung cấp cho nhiều trang trại trên cả nước góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp công nghệ cao tại Việt Nam.

Nông nghiệp công nghệ cao đang là xu hướng tất yếu của nền nông nghiệp Việt Nam hiện nay. Ứng dụng công nghệ cao vào trong sản xuất nông nghiệp hiện đại sẽ đảm bảo sự phát triển bền vững, bắt kịp xu thế, đáp ứng được nhu cầu về số lượng và chất lượng nông sản của người tiêu dùng.

Một trong những khó khăn trong việc phát triển Nông nghiệp công nghệ cao hiện nay là thiếu các chuyên gia nông nghiệp có nhiều kinh nghiệm để điều khiển các quy trình chăm sóc cho cây trồng. Nguyên nhân là do số lượng những chuyên gia này hiện nay còn tương đối ít, trong khi đó số lượng các trang trại, doanh nghiệp lại tương đối lớn, các trang trại phân bố ở nhiều địa điểm khác nhau, nên không thể đi trực tiếp từng chỗ để thực hiện công việc.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại bộ môn Nông nghiệp công nghệ cao, khoa Nông học, ĐH Nông Lâm Huế đã tiến hành nghiên cứu trong nhiều năm để xây dựng nên hệ thống Agriculture IoT System. Hệ thống giúp các chuyên gia nông nghiệp chỉ cần ngồi một chỗ vẫn có thể thực hiện được việc chắm sóc cho cây trồng một cách tốt nhất cho hàng trăm trang trại trong cả nước. Đồng thời toàn bộ các thông tin về môi trường và quá trình chăm sóc cho cây trồng sẽ được hệ thống lưu trữ lại trên đám mây điện tử để chủ trang trại có thể kiểm tra lại hoặc người tiêu dùng có thể truy cập để truy suất nguồn gốc sản phẩm khi cần.

Agriculture IoT System gồm 3 bộ phận chính:

(1) Hệ thống cảm biến lắp đặt tại trang trại: bao gồm 9 cảm biến đó là Cảm biến nhiệt độ, cảm biến ẩm độ không khí, cảm biến ẩm độ đất, cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến màu sắc, cảm biến nồng độ dinh dưỡng (ppm), cảm biến pH đất, cảm biến nồng độ oxi trong đất và cảm biến tốc độ gió. Các cảm biến này sẽ được lắp đặt tại các vị trí đặc trưng trong trang trại và sẽ tiếp nhận thông tin môi trường và truyền tín hiệu bằng sóng Lora về bộ Module trung tâm. Hệ thống cảm biến sẽ giúp chủ trang trại chỉ cần ngồi một chỗ vẫn có thể nắm được thông tin ở toàn bộ các trang trại.

Hình 1. Agriculture IoT System

(2) Hệ thống chăm sóc cây trồng từ xa: là một cỗ máy chăm sóc cây trồng tự động như hình 2. Máy có cấu tạo và các chức năng sau:

+ Tự động tưới nước, bón phân cho cây trồng:  Máy có hệ thống đóng mở bơm nước tự động, đồng thời có từ 4-8 kênh châm phân, mỗi kênh có khả năng châm chính xác một lượng phân nhất định theo cài đặt vào hệ thống tưới theo công nghệ inventer. Máy có thể điều khiển bằng bàn phím tại chỗ hoặc điều khiển từ xa bằng wifi thông qua máy tính hoặc điện thoại. Với chức năng tự động, có thể cài đặt nhiều lần tưới trong ngày sẽ giúp chủ trại không cần có mặt tại vườn máy vẫn tự hoạt động để cung cấp nước và phân bón cho cây trồng một cách chính xác.

+  Thu nhận, xử lý và can thiệp các yếu tố môi trường trong trang trại: Các module cảm biến được lắp đặt tại các vị trí đặc trưng trong trang trại sẽ chuyển tín hiệu về các yếu tố môi trường về module trung tâm bằng sóng Lora. Tại Module trung tâm các thông tin này sẽ được đưa vào sử lý để đưa ra các quyết định như đóng mở hệ thống tưới nước, bón phân, quạt tản nhiệt, lưới che nắng… Đồng thời module trung tâm liên tục chuyển các dữ liệu này lên website thông qua internet để hiển thị và lưu trữ thông tin trên website.

+ Mở các lô cần tưới nước, bón phân: Ngoài chức năng đóng mở bơm nước tổng, module trung tâm còn có khả năng mở tưới và bón phân cho từng lô nhất định, quá trình này được điều khiển bằng sóng lora. Chức năng mở tưới tuần tự cho từng lô này sẽ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho chủ trang trại vì chỉ cần sử dụng một máy có thể tưới nước, bón phân, chăm sóc cho cây trồng trên diện tích lớn vài chục hecta.

Toàn bộ quá trình chăm sóc cho cây trồng như tưới bao nhiêu nước, bón bao nhiêu phân hằng ngày, các yếu tố môi trường hàng ngày sẽ được lưu trữ lại trên website. Khi thu hoạch, chỉ cần ấn lệnh truy xuất trang web sẽ in ra mã QR để dán vào sản phẩm, người tiêu dùng chỉ cần dùng điện thoại quét mã QR thì toàn bộ thông tin về quá trình chăm sóc cho cây trồng và yếu tố môi trường trong suốt mùa vụ sẽ được truy xuất.

 Hình 2. Máy châm phân tự động

(3) Website điều khiển và lưu trữ thông tin: Trang web được thiết kế theo hình thức phân tầng, tại trang chính, khi người dùng đăng ký sẽ tự tạo ra các trang riêng cho người dùng. Tại trang cá nhân, người dùng sẽ tự cập nhật các loại thiết bị và thiết kế quá trình điều khiển riêng cho trang trại của mình. Trang cá nhân sẽ có các trang chức năng như: trang hiển thị thông tin, trang điều khiển, trang lưu trữ thông tin

Quá trình nghiên cứu:

Để thực hiện nghiên cứu được toàn bộ hệ thống trên một lúc là một việc tương đối khó và cần nhiều nhân lực, dó đó nhóm nghiên cứu đã chia hệ thống thành từng bộ phận và mỗi năm thực hiện việc nghiên cứu một bộ phận, bộ phận nào hoàn thiện xong sẽ được đưa ra thị trường luôn để phục vụ các trang trại đồng thời có nguồn kinh phí để nghiên cứu các bộ phận tiếp theo:

– Năm 2016-2017: Nghiên cứu thiết kế hệ thống các cảm biến để thu nhận toàn bộ các thông tin về môi trường, đất đai, dinh dưỡng tại trang trại, đồng thời là hệ thống để thực hiện việc điều tiết các yếu tố này một cách tự động để cung cấp các yếu tố môi trường cho cây trồng phát triển một cách tốt nhất. Bộ phận này có tên là “Bộ điều khiển Nông nghiệp công nghệ cao”. Bộ phận này đã đạt giải 3 cuộc thi Sáng tạo kỹ thuật tỉnh TT Huế năm 2017 lĩnh vực cơ khí tự động hoá và được chọn đi thi toàn quốc. Bộ phận cũng đã được cung cấp cho nhiều trang trại trong cả nước để phục vụ cho sản xuất

– Năm 2018-2019: Nghiên cứu thiết kế hệ thống giúp thực hiện việc chăm sóc cho cây trồng từ xa hoặc tự động hoá quá trình chăm sóc như tưới nước, bón phân và cung cấp các chất cần thiết cho cây trông. Bộ phân này có tên là “Máy bón phân tưới nước tự động” Bộ phận này đã đạt giải nhì cuộc thi Sáng tạo kỹ thuật tỉnh TT Huế năm 2019 lĩnh vực cơ khí tự động hoá và được chọn đi thi toàn quốc. Bộ phận cũng đã được cung cấp cho nhiều trang trại trong cả nước để phục vụ cho sản xuất

– Năm 2019: Nghiên cứu thiết kế cảm biến xác định tình trạng dinh dưỡng cây trồng dựa vào màu sắc lá, từ đó giúp các chuyên gia nông nghiệp xác định được loại phân gì, lượng bao nhiêu sẽ được cung cấp thêm cho cây trồng. Bộ phận này có tên là “LeafPic-Pro”, ban đầu là một phần mềm cài trên điện thoại thông minh để giúp người nông dân xác định tình trạng dinh dưỡng trên cây trồng và bón phân. Bộ phận này đã đạt giải khuyến khích cuộc thi Sáng tạo kỹ thuật tỉnh TT Huế năm 2019 lĩnh vực công nghệ thông tin. Bộ phận cũng đã được đưa lên CH-Play để cung cấp cho người dân trong cả nước sử dụng.

– Năm 2020-2021: Tổng hợp, tích hợp tất cả các bộ phận trên thành một hệ thống đồng bộ gọi là “Agriculture IoT System”, đồng thời xây dựng trang wep để hiển thị thông tin, điều khiển và truy suất thông tin. Hệ thống đã được cung cấp cho hàng chục trang trại trong cả nước để phục vụ sản xuất. Đồng thời đã đạt giải nhì hội thi Sáng tạo kỹ thuật tỉnh TT Huế năm 2021 lĩnh vực Cơ khí tự động hoá.

Hiệu quả của hệ thống

Qua nghiên cứu và tính toán nhóm tác giả cho biết, mỗi hệ thống có giá 50 triệu, có thời gian sử dụng 10 năm. Như vậy chi phí khấu hao cho 1 ngày là 14 nghìn đồng. Máy có khả năng tự động hoá việc chăm sóc cho cây trồng với diện tích hàng trăm ha, thay thế trung bình được 10 lao động phổ thông. Giá lao động phổ thông hiện nay là 250.000 đ/công, như vậy mỗi ngày máy tiết kiệm được cho trang trại 2.500.000 đồng.

Bên cạnh đó, do quá trình bón phân tưới nước được tối ưu hóa nên cây trồng có khả năng sinh trưởng và cho năng suất cao hơn từ 1,5-2 lần so với quá trình chăm sóc phổ thông.

Sau nhiều năm nghiên cứu và hoàn thiện hiện nay hệ thống này của nhóm tác giải đã được áp dụng ở hàng chục trang trại công nghệ cao trong cả nước, các hợp phần của hệ thống như bộ điều khiển nông nghiệp công nghệ cao, máy bón phân tưới nước tự động… đã được cung cấp cho hàng trăm trang trại trong cả nước, góp phần giúp các trang trại tối ưu quá trình sản xuất, thúc đẩy nền Nông nghiệp công nghệ cao Việt Nam sánh ngang với các nước có nền nông nghiệp tiên tiến trên thế giới.

(Theo ThS. Nguyễn Văn Quy – Giảng viên Bộ môn Nông nghiệp Công nghệ cao, Khoa Nông học, Đại học Nông Lâm Huế).