Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Kỷ yếu khoa học

HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN CÂY CHÔM CHÔM BÁN TỰ ĐỘNG
Đỗ Quốc Duy*, Mai Minh Mẫn, Huỳnh Hội Thành Lợi
Trường Đại học Tôn Đức Thắng
*Tác giả liên lạc:
TĨM TẮT
Trong đề tài này, chúng tơi thiết kế một hệ thống tưới cho vườn cây chôm chôm
đơn giản và dễ sử dụng cho người nông dân với mục đích tiết kiệm năng lượng
và chi phí vận hành nhất có thể. Arduino là vi điều khiển trung tâm được tích hợp
nhiều cảm biến như: cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, mưa,... dựa trên nền tảng công
nghệ Intrernet of Things (IoT). Dự án này được đề ra với mục đính giảm thiểu
chi phí vận hành, giảm lượng nước thải và giảm chi phí nhân cơng. Hệ thống có
thể đo được độ ẩm của đất, các dữ liệu cần thiết và truyền đến trung tâm điều
khiển thông qua công nghệ truyền dữ liệu vơ tuyến. Hệ thống có thể dễ dàng điều
khiển bằng giao diện đồ họa trên nền tảng Android hoặc IOS.
Hơn thế nữa, Hệ thống có thể sử dụng dễ dàng tại vườn bằng cách điều khiển
thông qua một thẻ RFID hoặc bàn phím số có độ bảo mật cao giúp người lạ không
thể can thiệp vào hệ thống. Các cảnh báo cũng được gửi về cho người dùng thông
qua App về các trạng thái hoạt động của hệ thống cũng như các các cảnh báo
quan trọng mà người sừ dụng cần biết.
Từ khóa: Cơng nghệ IoT, nông nghiệp thông minh, truyền dữ liệu RF.
A SEMI – AUTOMATION OF SMART GARDEN WATERING SYSTEM
FOR THE RAMBUTAN TREE
Do Quoc Duy*, Mai Minh Man, Huynh Hoi Thanh Loi
Ton Duc Thang University
*Corresponding Author:
ABSTRACT
In our project, we design a new smart garden watering system for the rambutan

tree that implements easy-to-use, energy-efficient, and cost-effective devices.
Arduino and Micro-controller, which are implemented in this system are
integrated with multi-sensors such as moisture sensors, rain sensors, and
temperature sensors base on the Internet of Things (IoT). This project managed
to reduce cost, minimize wastewater, and reduce physical human interface. The
system also managed to measure the moisture of the soil, a sensors able to
measure the data and transmit to the center based on the RF (Radio Frequency)
technology. It is conducted with Graphic User Interface (GUI) using Android/
IOS application to active watering activity.
Moreover, the system can be easily by using the manual as an RFID card or
keypad, etc. The alert of the system is also sent to the home user for alert purposed
either for normal or critical operations. An experimental setup has been tested,
and it is proven that the system can intelligently control, monitor the soil moisture
and water levels in the experiment field smart garden about 1000m2 in Ben Tre
province.
Keywords: Internet of things, smart agriculture, RF (Radio Frequency).
473


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

TỔNG QUAN
Việc chọn đề tài xuất phát từ thực tế
của mơ hình trồng cây chơm chơm ở
nước ta chủ yếu trên diện tích vừa và
nhỏ. Tuy nhiên, do yếu tố địa hình,
vườn cây thường được trồng ở xa nơi ở
của người nông dân, thường bị ngăn
cách bởi sông ngòi, kênh rạch chằng
chịt nên thường mất rất nhiều thời gian,

cơng sức để có thể vào vườn cây tưới
tiêu khi cần thiết. Mặt khác, nhóm
nhận định những cơng việc tưới/xả
vườn cây, lưu lượng tưới... là những
công việc lặp đi lặp lại và có thể được
tự động hóa để tối ưu hóa quy trình sản
xuất. Việc theo dõi nhiệt độ, độ ẩm,
tình trạng thời tiết... của vườn cây sẽ
giúp người nơng dân có thể chủ động
quyết định việc tưới/xả cho vườn một
cách hợp lý từ xa không cần phải trực
tiếp vào vườn mà vẫn đảm bảo hiệu
quả sản xuất. Cách làm này sẽ tiết kiệm
công sức, thời gian lao động đồng thời
tăng tính hiệu quả kinh tế vì có thể
tưới/xả theo một lưu lượng nhất định,
tránh gây lãng phí về mặt năng lượng
(điện, nước,...) so với cách chăm sóc
thủ cơng.
Đối tượng nghiên cứu được hướng đến
trong nghiên cứu khoa học của nhóm
là cơng nghệ IoT. Việc ứng dụng cơng
nghệ IoT trong nông nghiệp, cụ thể
trong bài nghiên cứu khoa học này là
trong việc chăm sóc vườn cây chơm
chơm phù hợp với xu hướng hiện nay
của thị trường. Trong bối cảnh Việt
Nam đang chuyển đổi sang kinh tế số
và hội nhập với cuộc cách mạng cơng
nghiệp 4.0 thì ứng dụng IoT là rất quan

trọng, đặc biệt trong lĩnh vực thế mạnh
của Việt Nam là nơng nghiệp. Việc làm
ra các mơ hình thực tế với quy mô vừa
và nhỏ phù hợp với thực tế trồng trọt ở
nước ta và có thể được áp dụng rộng

Kỷ yếu khoa học

rãi vì lợi ích kinh tế mà nó mang lại.
LINH KIỆN CẦN THIẾT VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Linh kiện được sử dụng
Các cảm biến thu thập thông tin mơi
trường như: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí,
độ ẩm đất, cảm biến mưa… . Vi điều
khiển Arduino, HC12. Module
thu/phát wifi ESP8266, App Blynk.
Xây dựng sơ đồ giải thuật và chương
trình ứng dụng dựa vào các cảm biến
trên với vi điều khiển trung tâm là
Arduino trong đó các trạm con sẽ thu
thập thông tin của môi trường và gửi
qua trạm chính thơng qua HC12. Dữ
liệu được thu thập sẽ được gửi lên
server thông qua module ESP8266.
App Blynk sẽ quản lý dữ liệu này và
hiển thị ra giao diện để người dùng có
thể quan sát và điều khiển hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu
Quy trình nghiên cứu của nhóm được

tiến hành như sau:
Kiểm tra hoạt động của board mạch
Arduino
Thơng qua đó tích lũy những kinh
nghiệm quý báu cho việc thiết kế, lập
trình hệ thống.
Xây dựng từng phần các module
phần cứng
Dựa vào phần mềm được nhóm phát
triển dựa vào mục đích nghiên cứu.
Đánh giá tính khả thi và điều chỉnh số
liệu để hệ thống đạt được chất lượng
tối đa.
Xây dựng mơ hình thực tế
Tiến hành chạy thử và đánh giá tính
hiệu quả của mơ hình. Kiểm tra, đánh
giá q trình hoạt động của hệ thống để
giảm thiểu các rủi ro đáng tiếc có thể
xảy ra, nhằm tiết kiệm về mặt thời gian
và chi phí trước khi nhân rộng mơ hình
thực tế.

474


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Kỷ yếu khoa học

Hình 1. Sơ đồ giải thuật tổng thể của hệ thống

so sánh với những phương pháp thủ
Phân tích thống kê số liệu
Các kết quả thực nghiệm được phân cơng truyền thống thơng thường. Kết
tích bằng việc thu thập các số liệu thực quả phân tích cụ thể như sau (trong
tế trong quá trình vận hành hệ thống và vòng 1 tháng thực nghiệm).
Bảng 1. Thống kê năng lượng tiêu thụ của hai phương pháp
Phương pháp truyền
Phương pháp do nhóm
thống
nghiên cứu, chế tạo
Lượng nước tiêu thụ
960 m3
390 m3
Lượng điện tiêu thụ
37.5 kW
11.25 kW
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả
Sau một thời gian nghiên cứu và thiết
kế, nhóm đã tạo ra được mơ hình tưới
cây chơm chơm tự động và lắp đặt đi
vào sử dụng thực tế có diện tích
1000m2 được thực hiện tại vườn cây
của chú Mai Văn Tiếp, xã Vĩnh Bình,
huyện Chợ Lách, tỉnh Bến Tre. Hệ
thống có thể đáp ứng những yêu cầu cơ
bản sau:
Thực hiện việc tưới cây theo nhiều
cách khác nhau: Tự động/ bán tự động/
thủ công từ xa hoặc tại vườn cây.

Thu thập các thông số môi trường cần
thiết như nhiệt độ, độ ẩm... từ đó có
những điều chỉnh phù hợp với sự phát
triển của cây.
Giám sát, điều khiển hệ thống qua App
trên điện thoại.
Thảo luận

Các kết quả trên phù hợp với những
yêu cầu đặt ra ban đầu. Các kết quả này
về:
Kỹ thuật: Xây dựng hệ thống hồn
chỉnh trên diện tích đất phù hợp với
quy mô ban đầu đặt ra thông qua các
thiết bị (máy bơm, hệ thống ống nước,
tủ điện...). Sử dụng điện lưới có điện áp
xoay chiều 220V tần số 50Hz để điều
khiển đồng thời thu thập thông tin môi
trường nơi lắp đặt hệ thống và đưa lên
App giúp người sử dụng dễ dàng giám
sát vườn cây. Kết quả này góp phần
ứng dụng vào nền nơng nghiệp hiện
đại, phục vụ cho nhu cầu của người sử
dụng.
Thực tiễn: Sản phẩm giúp giảm công
sức, thời gian lao động cho người trồng
cây đồng thời mang lại hiệu quả kinh
tế vượt trội. Có thể được áp dụng rộng
rãi và đưa vào sử dụng thực tế tại nhiều


475


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

địa phương với những điều kiện địa
hình, thổ nhưỡng và loại cây trồng
khác nhau. Hệ thống giúp việc tưới tiêu
của người nông dân trở nên dễ dàng,
thuận tiện, nhanh chóng, hiệu quả.
KẾT LUẬN
Ưu điểm
Mơ hình vườn chơm chơm ứng dụng
cơng nghệ IoT do nhóm nghiên cứu,
phát triển và tiến hành lắp đặt trên thực
tế có những ưu điểm nhất định so với
những hệ thống có sẵn trên thị trường
như sau:
Ứng dụng công nghệ IoT vào sản xuất
nông nghiệp cơng nghệ cao, phù hợp
với mơ hình nơng nghiệp 4.0 mà nước
ta đang hướng đến.
Cho phép người dùng điều khiển, giám
sát từ xa thông qua App di động.
Tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có giúp
giảm giá thành sản phẩm, tăng ưu thế
cạnh tranh so với các hệ thống khác do
những hiệu quả mà nó đạt được.
Tiết kiệm thời gian lao động, giảm
công sức lao động của người nông dân

mà vẫn đem lại hiệu quả cao.
Thu thập thông tin của môi trường,
giúp người dùng chủ động thay đổi phù
hợp với mục đích sản xuất.
Nhược điểm
Ngồi những ưu điểm kể trên, mơ hình
vẫn tồn tại những nhược điểm cần
được khắc phục để có thể ứng dụng
rộng rãi sản xuất, cụ thể là:
Chi phí lắp đặt lúc đầu tương đối cao
so với các hệ thống có sẵn trên thị
trường do phải lắp đặt thêm hệ thống
cảm biến, vi điều khiển...
Quy trình lắp đặt tương đối phức tạp,
địi hỏi người lắp đặt có kiến thức nhất
định về kỹ thuật.
Còn hạn chế về cơ sở hạ tầng đối với
các địa phương vùng sâu vùng xa, chưa
được phủ sóng mạng di động.
Khuyến nghị
Để khắc phục những nhược điểm trên

Kỷ yếu khoa học

và có thể ứng dụng công nghệ cao vào
sản xuất nông nghiệp một cách rộng
rãi, cần có một cái nhìn và đầu tư một
cách đúng đắn so với những hiệu quả
kinh tế mà nó mang lại. Nhóm đề xuất
việc đề ra một số tiêu chí về nơng

nghiệp ứng dụng cơng nghệ cao như
sau:
Tiêu chí kỹ thuật: Là có trình độ cơng
nghệ tiên tiến để tạo ra sản phẩm có
năng suất tăng ít nhất 30% và chất
lượng vượt trội so với công nghệ đang
sử dụng.
Tiêu chí kinh tế: Là sản phẩm do ứng
dụng cơng nghệ cao có hiệu quả kinh
tế cao hơn ít nhất 30% so với cơng
nghệ đang sử dụng, ngồi ra cịn có các
tiêu chí xã hội, mơi trường khác đi
kèm. Nếu là doanh nghiệp nông nghiệp
ứng dụng công nghệ cao, phải tạo ra
sản phẩm tốt, năng suất hiệu quả tăng
ít nhất gấp 2 lần.
Hướng phát triển
Sử dụng những công nghệ khác tân tiến
hơn, ứng dụng trên diện tích canh tác
lớn hơn phù hợp với mục đích chun
canh nơng nghiệp.
Việc đưa các tiêu chí về nền nơng
nghiệp hiện đại vào sản xuất sẽ giúp
mọi người thấy được hiệu quả kinh tế
của mơ hình so với chi phí đầu tư ban
đầu bỏ ra. Mơ hình chăm sóc vườn cây
chơm chơm bán tự động do nhóm
nghiên cứu có thể áp dụng cho nhiều
loại cây ăn trái lâu năm khác nhau như:
nhãn, sầu riêng, cam,... hoặc có thể

phát triển thành các hệ thống tưới phun
sương, nhỏ giọt phù hợp cho các lại rau
màu ngắn ngày. Hệ thống cịn có thể
thay đổi các cảm biến và phương pháp
điều khiển phù hợp để áp dụng ở nhiều
địa phương với điều kiện mơi trường,
địa hình, thổ nhưỡng khác nhau.
Để phát triển hệ thống lớn hơn có thể
đáp ứng cho các vườn với quy mơ lớn
thì hệ thống cần lắp đặt thêm nhiều
trạm thu thập dữ liệu cảm biến ở nhiều

476


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

vị trí khác nhau để có độ chính xác cao.
Sử dụng van nước điện từ để có thể
điều khiển tưới với các mơ hình canh
tác lớn nhằm giảm chi phí lắp đặt và
vận hành nhiều máy bơm.
Với các mơ hình có nhiều vườn ở vị trí
khác nhau ta có thể quản lý một cách
thuận tiện, dễ dàng bằng cách tạo một
board mạch trung tâm kết nối với nhiều

Kỷ yếu khoa học

vườn thông qua RF tầm xa như LORA

để theo dõi các cảm biến và điều khiển
nhiều vườn thông qua internet với cùng
một App.
Tham gia gửi kết quả nghiên cứu đến
các tạp chí quốc tế về lĩnh vực nơng
nghiệp thơng minh, như tạp chí Sensor
của nhà xuất bản MPDI, Thụy Sỹ
().

TÀI LIỆU THAM KHẢO
HTTP://ARDUINO.VN/.
HTTP://HSHOP.VN/.
HTTPS://BLYNK.COM/.
HTTP://MLAB.VN/.
HTTP://WWW.HSPACE.VN/.

477