Tổng quan

Trong thời đại hiện đại, với sự gia tăng của cuộc sống đô thị và sự thiếu hụt tài nguyên, việc xây dựng và duy trì khu vườn cá nhân trở nên ngày càng quan trọng. Tuy nhiên, thách thức lớn đối với chủ sở hữu khu vườn là việc quản lý và duy trì một hệ thống tưới cây hiệu quả và bền vững.

Phương pháp truyền thống của việc tưới cây trong khu vườn thường dựa trên sự đánh giá và kinh nghiệm cá nhân, dẫn đến việc sử dụng nhiều nước hơn cần thiết và gây lãng phí tài nguyên. Ngoài ra, thiếu sự theo dõi và điều chỉnh thích hợp có thể dẫn đến cây trồng bị thiếu nước hoặc bị thừa nước, ảnh hưởng đến sự phát triển và sức khỏe của chúng.

Theo bộ dữ liệu phát triển của Work Bank được cập nhật vào tháng 1 năm 2024, lượng nước được sử dụng trong nông nghiệp như tưới tiêu, chăn nuôi gia súc, gia cầm và thủy sản chiếm đến 94.8% ở Việt Nam và 71.3% trên thế giới vào năm 2020.

Để giải quyết những thách thức này, công nghệ tưới cây thông minh đã phát triển và đem lại một giải pháp tối ưu cho việc quản lý tài nguyên và chăm sóc cây trồng trong khu vườn. Hệ thống tưới cây thông minh sử dụng các cảm biến để giám sát mức độ ẩm đất, nhiệt độ, ánh sáng môi trường và các yếu tố khác. Dữ liệu từ các cảm biến được thu thập và phân tích bởi trí tuệ nhân tạo, từ đó hệ thống đưa ra quyết định về lượng nước cần cung cấp cho từng loại cây trồng.

Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng một hệ thống có thể:

• Tối ưu thời gian tưới cây dựa vào độ ẩm đất
• Theo dõi lượng nước tưới thường xuyên
• Theo dõi điều kiện môi trường nơi trồng cây

Phạm vi nghiên cứu

Điều kiện môi trường cần thu thập:

• Độ ẩm đất
• Độ ẩm không khí
• Nhiệt độ không khí
• Cường độ ánh sáng

Đặc điểm của cây trồng:

• Cây thân mềm
• Trồng chậu
• Cây trưởng thành
• Trồng 2 loại cây khác nhau

Thiết kế hệ thống

Hệ thống bao gồm 3 lớp:

• Lớp ứng dụng bao gồm các thiết bị đầu cuối của người dùng để truy cập vào ứng dụng Web.
• Lớp máy chủ bao gồm máy chủ vận hành ứng dụng Web, xử lý các yêu cầu của người dùng và thu thập dữ liệu từ cảm biến.
• Lớp cảm biến bao gồm các cảm biến để thu thập dữ liệu môi trường và các actuators để thực hiện việc tưới cây, ngoài ra còn có thiết bị nhúng ESP32 dùng để giao tiếp giữa lớp cảm biến và lớp máy chủ.

Hình 1. Kiến trúc hệ thống

Hình 2. Sơ đồ nối dây IoT

Hình 3. Luồng chi tiết – Chế độ thủ công đối với ESP32

Hình 4. Luồng chi tiết – Chế độ tự động đối với ứng dụng Web

Kết luận

Các tính năng đã hoàn thành:

• Ứng dụng ESP32 để tưới cây từ xa và tưới cây tự động dựa trên độ ẩm đất
• Xây dựng ứng dụng Web để theo dõi dữ liệu từ cảm biến
  Hạn chế:

• Chỉ sử dụng cho một loại cây (rau muống)
• Chỉ sử dụng cho một thiết bị ESP32
• Chưa giải quyết được trường hợp máy chủ web bị lỗi