LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới công nghệ thông tin và điện tử ngày càng phát triển,
đời sống của con người ngày càng được hoàn thiện. Các thiết bị tự động hóa, điều
khiển từ xa ngày càng được tạo ra nhiều và ứng dụng vào cuộc sống hằng ngày của
con người. Do đó, nông nghiệp thông minh không còn là mơ ước của con người và
nó đang dần trở thành hiện thực.
Có thể nói, nước ta là một nước đang phát triển và nông nghiệp vẫn là sự lựa
chọn hàng đầu. Sự canh tác nông nghiệp xưa nay ở nước ta vẫn thực hiện một cách
hoàn toàn thủ công làm tốn nhiều sức lực thậm chí là tiền bạc nhưng kết quả vẫn
chưa cao. Với sự phát triển của công nghệ thông tin chung hiện nay và đặc biệt là
IoT nói riêng thì ngành nông nghiệp trong tương lai sẽ có sự thay đổi lớn nhờ áp
dụng công nghệ mới vào sản xuất. Nó giúp mọi hoạt động trở nên tự động hóa hơn,
con người ít phải bỏ công sức chăm sóc hơn nhưng vẫn đạt được thành quả cao
trong sản xuất. Chính vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu và ứng dụng IoT trong
nông nghiệp thông minh” nhằm mong mọi người có thể tiếp cận và sử dụng nó rộng
rãi hơn ở nước ta.

I


MỞ ĐẦU
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung mà công nghệ
thông tin nói riêng góp một phần không nhỏ trong sự thay đổi và phát triển của cuộc
sống con người. Chiếc máy vi tính ngày càng có nhiều những chức năng mạnh mẽ
giúp ích con người thực thi các công việc trong rất nhiều lĩnh vực như khoa học, sản
xuất công nghiệp hay các lĩnh vực xã hội khác như kinh tế, chính trị, văn hóa ...
Không chỉ máy tính, sự phát triển chóng mặt của các thiết bị di động cầm tay
cũng tác động không nhỏ đến đời sống của con người. Những chiếc Smartphone
nhỏ gọn, thông minh không chỉ giúp mọi người liên lạc với nhau dễ dàng hơn, mà
nó còn cung cấp rất nhiều những tính năng hữu ích khác như các ứng dụng văn

phòng, giải trí, khả năng kết nối mạng để tìm hiểu thông tin.. Với những tính năng
mạnh mẽ ấy cộng với giá thành vừa phải đã khiến các thiết bị này trở nên rất phổ
biến và như vật bất ly thân của rất nhiều người.
Trước kia khi khoa học kỹ thuật chưa phát triển, chưa được ứng dụng vào
nông nghiệp, người dân phải giám sát các điều kiện như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm
đất của vườn bằng thủ công như dùng nhiệt kế đã làm mất thời gian, sức lực và kinh
phí của người dân. Cùng với đó là diện tích trồng trọt ở ta ngày càng lớn và phát
triển đi kèm với nó là công nghệ kĩ thuật cần phát triển theo để đáp ứng được nhu
cầu của người nông dân, người nông dân thường ít tiếp xúc được với các công nghệ
mới. Hiện nay rau sạch đang là một vấn đề được mọi người đặt lên hàng đầu, mọi
người đều mong muốn có một nguồn rau sạch, an toàn để bào vệ sức khỏe cho cả
gia đình. Xuất phát từ nhu cầu thực tế là sinh viên năm cuối với những kiến thức đã
được học tôi mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong nông nghiệp
nên tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu và ứng dụng IoT trong nông nghiệp thông minh”
để người nông dân có thể dễ dàng quản lí khu vực trồng trọt của mình một cách dễ
dàng nhất, đạt hiệu quả đáng kể, giúp cho người dân biết được các trạng thái của
môi trường trồng trọt để kịp thời xử lý, giảm thiểu rủi ro và tăng năng suất trồng
1


trọt.

1.2 MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống mạng cảm biến không dây để:
− Giám sát nhiệt độ trong vườn rau.
− Giám sát độ ẩm trong vườn rau.
− Tự động bật/tắt đèn theo chu kì ngày đêm hoàn toàn tự động.
− Đưa ra cảnh báo và hướng xử lý khi các điều kiện môi trường vượt quá mức
cho phép.
− Thiết lập chế độ điều khiển tùy chọn để người dùng có thể dễ dàng thiết lập

các yếu tố và điều kiện cảnh báo phù hợp với loại thủy sản.
− Điều khiển các thiết bị như máy bơm, ánh sáng thông qua smartphone tại bất
kì đâu có kết nối mạng.

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Áp dụng IoT vào mô hình nông nghiệp thông minh.

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
 Phạm vi đề tài:
− Nghiên cứu về Internet of Things.
− Nghiên cứu lập trình trên các thiết bị cảm biến, mạch điều khiển thu nhận và
phát tín hiệu về trung tâm xử lý, điều khiển tự động hóa.
− Xây dựng ứng dụng quản lý thông tin về các thông số kỹ thuật của nông
nghiệp thông minh trên môi trường internet.
 Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ xây dựng một hệ thống IoT để thu tập các thông tin của vườn để
đưa ra các cảnh báo và điều khiển một số thiết bị tự động qua môi trường Internet,
đề tài không tính đến độ bền của các thiết bị cảm biến, vì giới hạn về kinh phí nên
đề tài chỉ sử dụng các thiết bị cảm biến và các board điều khiển rẻ tiền nên dễ hỏng.

2


1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Ngày nay với sự phát triển của Internet và công nghệ mạng cảm biến, vì vậy
IoT là một lĩnh vực được nước ta quan tâm và có nhiều đầu tư để ứng dụng vào thực
tiễn. Chính vì vậy, đề tài này sẽ có một ý nghĩa khoa học rất lớn, kết quả của đề tài
sẽ góp phần xây dựng các hệ thống nông nghiệp thông minh, mang lại nhiều lợi ích
kinh tế.


1.6 BỐ CỤC BÁO CÁO
Báo cáo được bố cục thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về IoT.
Trong chương này trình bày về định nghĩa, khái niệm và lịch sử phát triển
của IoT. Bên cạnh đó, trình bày về các thành phần cơ bản của IoT và các lĩnh vực
ứng dụng của IoT tại Việt Nam.
Chương 2: Ứng dụng của IoT trong nông nghiệp thông minh.
Trong chương này trình bày và giới thiệu về nông nghiệp thông minh là gì?
Thực trạng ứng dụng IoT và khó khăn, thuận lợi trong việc ứng dụng nông nghiệp
thông minh tại Việt Nam.
Chương 3: Thiết kế hệ thống IoT cho trang trại trồng rau sạch.
Trong chương này trình bày về việc phân tích, thiết kế hệ thống và triển khai
hệ thống IoT trong nông nghiệp thông minh.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ IOT
1.1 GIỚI THIỆU VỀ IOT (INTERNET OF THINGS)
Trong khoảng 2 năm trở lại đây, chắc hẳn bạn đọc đã không ít lần nghe thoáng
qua về khái niệm Internet of Things, hay bắt gặp tin tức về các sản phẩm được
quảng cáo là phục vụ cho nhu cầu “smart home” (nhà thông minh). Trong đó,
những thiết bị gia dụng như lò nướng hay tủ lạnh có thể "nói chuyện" được với
nhau. Nhưng chúng kết nối với nhau như thế nào, và liệu xu hướng này có thực sự
bùng nổ, đưa chúng ta đến một thế giới tương lai như trong game hay phim ảnh?
Trong bối cảnh mà hàng ngày càng nhiều chủng loại thiết bị được gán mác “smart”
và thi nhau “lên mây” như hiện nay, sẽ là không thừa khi chúng ta trang bị cho
mình các kiến thức căn bản Internet of Things.
Khái niệm
IoT là mô hình mạng lưới các vật thể được đặt tên, sao cho mỗi vật thể có duy

nhất một tên không trùng với vật thể khác, kết nối trao đổi thông tin với nhau tương
tự như giữa các máy tính trong mạng lưới Internet. Các vật thể này có thể là các vật
dụng có bộ phận điện tử trong đời sống (tivi, tủ lạnh, máy giặt, đèn chiếu sáng,
chuông báo động, ô tô, ...) hoặc các thiết bị chuyên dụng trong nghiên cứu khoa
học, y tế, quân sự, ... IoT là một cách thực hiện của Ubiquitous Computing (tạm
dịch là Tính toán Khắp nơi) trong đó máy tính thay đổi để hòa nhập với môi trường
sống tự nhiên của con người thay vì con người phải nhập vào thế giới máy móc một sự phát triển của tương tác giữa người và máy tính sau thời kỳ sử dụng máy
tính để bàn.
"Thing" - sự vật - trong Internet of Things, có thể là một con người với màn
hình cấy ghép tim, một động vật trang trại với bộ tiếp sóng chip sinh học, một chiếc
xe ô tô tích hợp các cảm biến để cảnh báo lái xe khi lốp quá non – hoặc bất kỳ đồ
vật nào do tự nhiên sinh ra hoặc do con người sản xuất ra mà có thể được gán với
một địa chỉ IP và được cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu qua mạng lưới.
4


Gần đây, Internet of Things được liên kết chặt chẽ với các giao tiếp máy mócvới-máy móc (machine-to-machine - M2M) trong sản xuất và các cơ sở năng lượng,
dầu khí, điện. Các sản phẩm có khả năng giao tiếp M2M thường được xem là các
sản phẩm thông minh.

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA IOT
Thời kì trước, khái niệm nhà thông minh với khả năng điều khiển từ xa, điều
khiển bằng nút bấm chỉ xuất hiện trong phim ảnh. Ngày nay, với sự vững mạnh của
khoa học kỹ thuật và các ứng dụng côn nghệ, nhà thông minh không còn xa vời .
Hãy đi tìm hiểu lịch sử của IoT qua từng giai đoạn.
Năm 1990, John Romkey đã tạo ra một máy nướng bánh mì có thể được bật
và tắt trên Internet cho hội nghị INTEROP tháng 10 năm 1989 và đây cũng được
coi là thiết bị IoT đầu tiên. Dan Lynch, Chủ tịch Interop đã hứa với Romkey rằng,
nếu Romkey có thể "nướng bánh mỳ của mình trên mạng", máy sẽ được đặt trong
các nhà triển lãm tại hội nghị. Máy nướng bánh mỳ được kết nối với một máy tính

có kết nối mạng TCP / IP. Sau đó sử dụng một cơ sở thông tin (SNMP MIB) để bật
nguồn.
Năm 1993, Quentin Stafford-Fraser và Paul Jardetzky đã tạo ra một phòng
Cây trồng được đặt trong “Phòng Trojan” trong Phòng Thí nghiệm Máy tính của
Đại học Cambridge và được sử dụng để theo dõi nối với một hình ảnh được cập
nhật khoảng 3 phút Và gửi đến các máy chủ của tòa nhà. Sau đó nó gửi lên trình
duyệt để có thể hiển thị hình ảnh.
Năm 1999 là một năm quan trọng của IoT, trong năm này khái niệm IoT
(Internet of Things) đã được đặt ra bởi Kevin Ashton (một trong những người sáng
lập của Trung tâm Auto ID ban đầu) xem như là điều kiện tiên quyết cho IoT thời
điểm đó.

5


Hình 1.1: Kevin Ashton
Năm 2008, IoT được công nhận của EU và hội nghị IoT châu Âu lần đầu tiên
được tổ chức.
Trong khoảng từ năm 2008-2009, IoT ra đời theo nhóm giải pháp kinh doanh
của Cisco.
Năm 2011, ra đời thế hệ địa chỉ mới - IPv6 - có tổng số địa chỉ là 2128.
Vào năm 2013, Internet of Things đã phát triển thành một hệ thống sử dụng
nhiều công nghệ, từ Internet đến truyền thông không dây và từ các hệ thống cơ điện
vi mô (MEMS) sang các hệ thống nhúng. Các lĩnh vực truyền thống của tự động
hóa (bao gồm tự động hóa các tòa nhà và gia đình), các mạng cảm biến không dây,
GPS, các hệ thống điều khiển, và các thiết bị khác đều hỗ trợ IoT.

6



1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA INTERNET OF THINGS

Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của Internet of Things
Thành phần của IoT được chia cơ bản thành 4 phần: Vạn vật (Things), trạm
kết nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud) và
các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers).
1.3.1 Vạn vật (Things)
Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện hữu trên thị trường gia dụng và
công nghệ, ở trong nhà hoặc trên tay của người dùng. Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị
cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang được kết nối trực tiếp thông qua
băng tầng mạng không dây và truy cập vào Internet. Giải pháp IoT giúp các thiết bị
thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các thiết
bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối .

7


1.3.2 Trạm kết nối (Gateways)
Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần 85% các vật dụng đã không
được thiết kế để có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữ liệu với điện
toán đám mây. Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một
trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám
mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý.
1.3.3 Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud)
1.3.3.1 Hạ tầng mạng
Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP được kết nối với nhau
và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết bị định
tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm
soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và
cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

1.3.3.1 Điện toán đám mây
Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống
lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối.
1.3.4 Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers)
Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application
Progmraming Interface) là Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giải
pháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân
tích các dữ liệu từ hệ thống và tài sản đang có sẵn.

1.4 VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG IOT
IoT được coi là giai đoạn phát triển kế tiếp của Internet, mở ra một cuộc cách
mạng trong việc giao tiếp giữa con người - đồ vật và giữa các đồ vật với nhau. Tuy
nhiên, để có thể khai thác được những tiềm năng lớn mà IoT mang lại, còn nhiều
vấn đề cần phải giải quyết, trong đó có vấn đề bảo mật cho các thiết bị và hệ thống
IoT. Sau đây là các vấn đề bảo mật phổ biến nhất.

8


1.4.1 Giao diện web bảo mật kém
Giao diện web bảo mật kém có thể dẫn tới việc dữ liệu bị mất, bị sửa đổi nội
dung, hoặc có thể gây ra tình trạng từ chối truy nhập dịch vụ hay thậm chí là thiết bị
bị chiếm quyền điều khiển hoàn toàn.
1.4.2 Cơ chế xác thực chưa đảm bảo an toàn
Nếu cơ chế xác thực là không đủ an toàn, kẻ tấn công có thể khai thác đó để
truy cập trái phép các tài khoản người dùng và ăn cắp dữ liệu nhạy cảm. Kẻ tấn
công có thể sử dụng các mật khẩu kém bảo mật hoặc cơ chế phục hồi mật khẩu kém
bảo mật, các chứng thư bảo vệ yếu hoặc việc thiếu quyền điều khiển truy nhập chi
tiết để truy nhập vào giao diện cụ thể. Lỗ hổng này có thể làm mất, sai lệch dữ liệu,
hoặc từ chối truy nhập dịch vụ và thậm chí có thể dẫn tới việc chiếm quyền thiết bị

hoàn toàn.
1.4.3 Các dịch vụ mạng không an toàn
Kẻ tấn công sử dụng các dịch vụ mạng dễ bị tấn công để tấn công vào thiết
bị. Lỗ hổng này có thể làm tràn bộ nhớ đệm, gây ra tình trạng từ chối dịch vụ, khiến
người dùng không thể truy cập vào thiết bị. Dạng tấn công này có thể dẫn tới việc
làm mất dữ liệu, thay đổi nội dung dữ liệu hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho việc tấn
công vào các thiết bị khác.
1.4.4 Thiếu cơ chế mã hoá truyền tin
Nếu dữ liệu trong quá cảnh không được mã hóa đúng cách, kẻ tấn công có
thể tận dụng lợi thế đó để ăn cắp dữ liệu nhạy cảm.Thông thường, lưu lượng mạng
của thiết bị IOT không được tiếp xúc với bên ngoài mạng. Nhưng, nếu các mạng
không dây không được cấu hình đúng cách, nó có thể làm cho người trên mạng
internet có thể nhìn thấy bất cứ ai trong phạm vi của mạng không dây. Và, có thể
dẫn đến sự thỏa hiệp hoàn thành của các thiết bị hoặc tài khoản người dùng.
1.4.5 Nếu cấu hình an ninh không đủ
Lỗ hổng này tồn tại nếu các thiết bị hạn chế hoặc không có khả năng làm
thay đổi kiểm soát an ninh hoặc các giao diện web không có tùy chọn để tạo quyền
sử dụng và không thể thực thi sử dụng mật khẩu mạnh. Những kẻ tấn công có thể
9


lợi dụng điều này để khai thác các lỗ hổng trong các thiết bị để ăn cắp dữ liệu nhạy
cảm hoặc làm cho các cuộc tấn công nhiều hơn.
1.4.6 Bảo mật vật lý kém
Những kẻ tấn công có thể khai thác truy cập vật lý của hệ thống cũng làm
phát sinh bạo tấn công. Họ có thể sử dụng cổng USB, thẻ SD hoặc lưu trữ khác có
nghĩa là để truy cập vào hệ điều hành và dữ liệu được lưu trữ trong các thiết bị và
khai thác đó cho mục đích xấu.
1.4.7 Phần mềm không an toàn
Thiết bị IOT nên có khả năng sẽ được cập nhật khi lỗ hổng được phát hiện.

Nhưng, nếu các tập tin cập nhật không được bảo vệ, nó có thể bị bắt bởi những kẻ
tấn công và khai thác cho mục đích xấu. Những kẻ tấn công có thể chụp các tập tin
cập nhật không được mã hóa hoặc có thể thực hiện cập nhật độc hại của riêng mình.

1.5 CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA INTERNET OF THINGS
1.5.1 Quản lý hạ tầng
Ứng dụng quan trọng của IoT là quản lý cơ sở hạ tầng, với IoT có thể giám
sát và kiểm soát các hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn như cầu,
đường ray tàu hỏa và trang trại,… IoT có thể được sử dụng để theo dõi bất kỳ sự
kiện hoặc những thay đổi trong điều kiện cơ cấu mà có thể ảnh hưởng đến sự an
toàn và sự nguy hiểm đến hạ tầng . Nó cũng có thể được sử dụng để lập kế hoạch
hoạt động sửa chữa và bảo trì một cách hiệu quả.
Về quản lí có thể kể đến dự án “Ứng dụng IoT vào quản lí và vận hành hệ
thống hạ tầng kỹ thuật – Đô thị thông minh” được TS Lê Ngọc Thành trình bày vào
chiều ngày 4/11/2016. Hệ thống được sử dụng để quản lý và vận hành hệ thống giao
thông, cấp thoát nước và mạng điện giúp hoạt động của đô thị được thông minh và
bền vững hơn.
1.5.2 Y tế
Thiết bị IoT có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ
thống thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể đo huyết áp và nhịp
tim với các thiết bị tiên tiến có khả năng giám sát cấy ghép đặc biệt, chẳng hạn như

10


máy điều hòa nhịp hoặc trợ thính tiên tiến. Cảm biến đặc biệt cũng có thể được
trang bị trong không gian sống để theo dõi sức khỏe của người già.
Về ứng dụng IoT trong y tế có thể kể đến vòng đeo tay thông minh giúp theo
dõi sức khỏe con người như đo nhịp tim, theo dõi đường huyết, kiểm tra đường
huyết, phát hiện hydrat hóa và rất nhiều chức năng khác.

1.5.3 Xây dựng và tự động hóa nhà
Với các thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát các hệ
thống cơ khí, điện và điện tử được sử dụng trong nhiều loại hình tòa nhà. Hệ
thống tự động hóa, như các tòa nhà tự động hóa hệ thống, thường được sử dụng để
điều khiển chiếu sáng, sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, hệ thống
thông tin liên lạc, giải trí và các thiết bị an ninh gia đình để nâng cao sự tiện lợi,
thoải mái, hiệu quả năng lượng và an ninh.
Có thể kể đến sản phầm LifeSmart phát triển có công dụng như điều khiển
ánh sáng, các thiết bị trong nhà và rất nhiều thiết bị khác.
1.5.4 Giao thông
Các sản phẩm IoT có thể hỗ trợ trong việc tích hợp các thông tin liên lạc,
kiểm soát và xử lý thông tin qua nhiều hệ thống giao thông vận tải. Ứng dụng của
IoT mở rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông, tức là xe, cơ sở hạ
tầng, và người lái xe hoặc sử dụng. Tương tác giữa các thành phần của một hệ
thống giao thông vận tải cho phép điều khiển giao thông thông minh, bãi đậu xe
thông minh, hệ thống thu phí điện tử, quản lý đội xe, điều khiển xe, an toàn và hỗ
trợ đường bộ.
Ứng dụng vào nó có thể kể đến các trụ đèn phát sáng hai bên đường. Nó có
các cảm biến có thể tự nhận dạng ngày và đêm để bật tắt đen một các hợp lí nhất.

11


1.5.5 Nông nghiệp

Hình 1.3: IoT trong nông nghiệp
Với các thiết bị của IoT có thể hỗ trợ người nông dân giám sát thông số về
nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, áp suất, ánh sáng, gió, mưa và độ ẩm của đất
trồng, giúp người nông dân giảm thời gian lao động, tăng năng suất cây trồng.
Về nông nghiệp có thể kể đến dự án Hachi rất nổi tiếng giúp phát triển nông

nghiệp thông minh một cách tự động nhất.

1.6 TỐNG KẾT CHƯƠNG
Trong chương này trình bày về định nghĩa, khái niệm và lịch sử phát triển
của IoT. Bên cạnh đó, trình bày về các thành phần cơ bản của IoT, các lĩnh vực ứng
dụng của IoT tại Việt Nam.
Ngày nay máy tính, và Internet, hầu như hoàn toàn phụ thuộc vào con người
mới có thông tin và hoạt động. Gần như tất cả trong số khoảng 50 petabyte (1
petabyte là 1.024 terabyte) dữ liệu trên Internet lần đầu tiên được con người nắm và
tạo ra bằng cách đánh máy, nhấn nút ghi âm, chụp ảnh hoặc quét mã vạch.
Vấn đề là, con người rất hạn chế về thời gian, sự chú ý và chính xác – nghĩa
là con người không được tốt lắm trong việc lưu giữ dữ liệu về mọi thứ trong thế
giới. Nếu chúng ta có những chiếc máy tính biết mọi thứ - sử dụng được dữ liệu
chúng thu thập mà không cần sự giúp đỡ của con người – thì chúng ta sẽ có thể theo
dõi và đếm mọi thứ, điều này sẽ giúp giảm rất lớn sự lãng phí, thất bại và chi phí.
12


Chúng ta sẽ biết khi nào mọi thứ cần thay thế, sửa chữa hoặc phục hồi và liệu chúng
còn có thể còn tiếp tục hoạt động hay hoạt động tốt nhất nữa không.

13


CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG INTERNET OF THINGS TRONG
NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH
2.1 NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH
2.1.1 Khái niệm
Nông nghiệp thông minh có thể hiểu là nền nông nghiệp ứng dụng công nghệ
cao (cơ giới hóa, tự động hóa), công nghệ sản xuất, bảo quản sản phẩm an toàn,

công nghệ quản lý, nhận diện sản phẩm theo chuỗi giá trị… gắn với hệ thống trí tuệ
nhân tạo (công nghệ thông tin) hỗ trợ người nông dân giám sát thông số về nhiệt độ,
độ ẩm không khí, độ ẩm đất, áp suất, ánh sáng, gió, mưa và độ ẩm của đất trồng,
giúp người nông dân giảm thời gian lao động, tăng năng suất cây trồng.

Hình 2.1: Nông nghiệp thông minh

14


2.1.2 Lợi ích khi áp dụng IoT vào nông nghiệp thông minh
2.1.2.1 Tăng hiệu suất canh tác
Những hệ thống thiết bị cảm biến, đo đạc sẽ được kết nối với nhau, tích hợp
GPS và các công nghệ theo dõi để thu thập dữ liệu, kết nối với hạ tầng đám mây để
truy xuất dữ liệu, phân tích đưa ra quyết định tối ưu hóa lượng nước, lượng phân
bón, tự động hóa các hoạt động nông nghiệp hàng ngày và cung cấp giải pháp theo
dõi thời gian thực. Nhờ đó, các điều kiện dinh dưỡng đối với cây trồng sẽ được tối
ưu, cho mức sinh trưởng tốt nhất.
2.1.2.2 Quản lý dịch bệnh
Giảm thiểu dịch bệnh cũng là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu
suất canh tác. Thêm vào đó, hiện người dùng đang có xu hướng chuộng các sản
phẩm hữu cơ nên ngành nông nghiệp phải bắt đầu chú trọng tìm kiếm các giải pháp
giảm thiểu dịch bệnh cho cây trồng mà không sử dụng thuốc trừ sâu.
Hiện đã có không ít giải pháp ứng dụng IoT giúp giám sát số lượng sâu bệnh,
khi phát hiện số lượng sâu bệnh trở nên quá cao, hệ thống tự động kích hoạt và ngăn
cản quá trình kết đôi của sâu bệnh để giảm thiểu sự gia tăng, kèm theo đó sẽ cảnh
báo để nông dân lựa chọn phương thức xử lý nhân công, sinh học hay thuốc trừ
sâu.

2.2 THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP

THÔNG MINH TẠI VIỆT NAM
Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng
công nghệ nhất. Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển,
nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nông dân về
đặc tính của cây trồng, về thời tiết... Chính vì vậy, năng suất và hiệu suất canh tác
gần như được để ngỏ, mang tính “may, rủi”.
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số
nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực là một trong những thách thức mang
tính toàn cầu. Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia

15


tăng hiệu quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng công nghệ mới vào hoạt
động sản xuất, canh tác.
Qua 11 kỳ Đại hội Đảng toàn quốc, từ thực tiễn và yêu cầu phát triển của đất
nước, nhận thức của Đảng và Nhà nước là ngày càng quán tâm và chú ý tới phát
triển nông nghiệp trong tổng thể sự phát triển chung của đất nước. Nông nghiệp đã
mở đường cho quá trình đổi mới, tạo nền tảng, động lực cho tăng trưởng kinh tế và
là nhân tố quan trọng bảo đảm sự ổn định kinh tế, xã hội, chính trị của đất nước.
Thách thức lớn nhất của nông nghiệp hiện nay là khả năng cạnh tranh, năng
suất, chất lượng sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam còn thấp. Sở dĩ như vậy là do
sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam còn nhỏ lẻ, việc ứng dụng khoa học công nghệ
vào nông nghiệp chưa cao so với thế giới.
Chính vì vậy, việc đưa các ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp sẽ giúp
minh chứng rõ nhất cho việc IoT đem lại hiệu quả to lớn như thế nào. Đó chính là lý
do mà nông nghiệp là lĩnh vực đang được quan tâm đầu tư và được nhiều startup
lựa chọn để gọi vốn.
Ngành nông nghiệp Việt Nam cũng không ngoại lệ. Công nghệ trong nông
nghiệp là một trong những từ khóa được nhắc tới khá nhiều trong giới khởi nghiệp

tại Việt Nam trong thời gian gần đây. Với hơn 70% dân số là nông dân, Việt Nam là
một nước nông nghiệp. Tuy nhiên, ngành Nông nghiệp Việt đang có dấu hiệu phát
triển kém bền vững, giá trị đóng góp không tương xứng với quy mô. Để không bị
tụt hậu so với thế giới và khu vực, có thể cạnh tranh được, nông nghiệp Việt Nam
cũng phải học tập nhiều lĩnh vực khác, đưa CNTT vào ứng dụng rộng rãi để tăng
hiệu quả sản xuất, đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng. Muốn làm được điều đó, trước tiên
người nông dân phải có kiến thức về CNTT.

2.3 KHÓ KHĂN VÀ THUẬN LỢI TRONG VIỆC ỨNG DỤNG IOT
TRONG NÔNG NGHIỆP TẠI VIỆT NAM
2.3.1 Khó khăn
Hiện nay, chi phí ban đầu cho một mô hình nông nghiệp thông minh ứng
dụng IoT là không nhỏ, đặc biệt là các cảm biến phải mua ở Mỹ, Đức rất đắt. Ý

16


thức đổi mới canh tác là rất khó khăn vì người dân chủ yếu dựa vào kinh nghiệm.
Vì thế, không phải muốn là có thể làm được ngay.
Hơn nữa, về trình độ người nông dân Việt Nam cũng đặt ra nhiều khó khăn
cho công tác quản lý và điều hành mô hình sản xuất. Mặt khác, điều khó khăn là
làm thế nào phối hợp được với người nông dân, kỹ sư nông nghiệp để đưa sản phẩm
ra thị trường.
Điều khó khăn khác là làm thế nào có thể sản xuất một thiết bị đầu tiên,
nghiệp vụ canh tác như thế nào, phương pháp đo như thế nào và nhu cầu người
nông dân, nhu cầu thị trường như thế nào.
2.3.2 Thuận lợi
Theo iotvietnam.com thì vào năm 2020 sẽ có 4 tỷ người kết nối với nhau, 4
ngàn tỷ USD doanh thu, hơn 25 triệu ứng dụng, hơn 25 tỷ hệ thống nhúng và hệ
thống thông minh, 50 ngàn tỷ GB dữa liệu và có 6 nhà cung cấp giải pháp IoT việc

này sẽ dẫn đến thị phần còn rất nhiều, tạo điều kiện cho việc phát triển IoT.
Mặt khác, các tổ chức quốc tế đầu tư thúc đẩy cho mảng IoT trong nông
nghiệp rất lớn như : quý 3 năm 2016 có 41 lần cam kết tổng đầu tư là 269 triệu đô
cho startup nông nghiệp thông minh.
Hơn nữa, vấn đề nhức nhối được người tiêu dùng cùng các doanh nghiệp
quan tâm rất nhiều hiện nay đó là vấn đề về an toàn thực phẩm, điều này sẽ làm cho
việc áp dụng IoT vào nông nghiệp để đảm bảo chất lượng rau củ quả được nhiều
nhà đầu tư và doanh nghiệp quan tâm.

2.4 TỔNG KẾT CHƯƠNG
Chương này đã giới thiệu về khái niệm nông nghiệp thông minh cũng như
những lợi ích khi áp dụng IoT vào nông nghiệp như thế nào. Cùng với đó là thực
trạng để ứng dụng IoT vào Việt Nam còn gặp nhiều khó khăn đặc biệt là về kinh tế,
nhận thức và thói quen canh tác.

17


CHƯƠNG 3: THIÊT KẾ HỆ THỐNG IOT CHO TRANG TRẠI
TRỒNG RAU SẠCH
3.1 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN
Vấn đề rau sạch an toàn là vấn đề thời sự “ nhức nhối” của toàn xã hội trong
thời gian qua. Rau có rất nhiều trên thị trường, rất rẻ. Nhưng do tập quán canh tác
vẫn là canh tác truyền thống, giá trị thấp, hoàn toàn phụ thuộc vào thời tiết, sản xuất
theo mùa vụ, nên dẫn đến sản lượng, chất lượng thấp trong khi rủi ro cao. Nông dân
không có kiến thức về các loại thuốc bảo vệ thực vật, phân bón nhưng vì phải bảo
vệ cây trồng và chạy theo lợi nhuận nên sử dụng bừa bãi phân bón, thuốc BVTV và
thậm trí là chất cấm, chất kích thích sinh trưởng để tăng năng suất . Để tăng lợi
nhuận kết hợp với thương lái bất chấp tất cả để cung cấp, khuyến khích sử dụng
chất cấm rồi thu mua bán kiếm lời trong khi nhà nước chưa thể đủ nguồn lực để

quản lý dẫn đến vấn đề “rau bẩn” đang trở thành vấn nạn.
Chính vì vậy, chúng tôi đưa ra bài toán thiết kế một hệ thống IoT cho trang
trại trồng rau sạch, ứng dụng IoT là công nghệ mới của thế giới bây giờ, bằng việc
sử dụng các cảm biến theo dõi các yếu tố môi trường như độ ẩm đất, ánh sáng, nhiệt
độ. Từ đó người dùng có thể dễ dàng biết được khi nào cần tưới rau, thêm chất dinh
dưỡng và điều khiển thông qua smartphone, giúp người nông dân không phụ thuộc
quá vào điều kiện thời tiết mà chính bản thân có thể điều kiển được điều kiện thời
tiết đó.
Vì vậy, việc ứng dụng IoT cho trang trại giúp tạo ra một lượng sản phẩm lớn,
năng suất cao, chất lượng tốt và đặc biệt là thân thiện với môi trường, giúp nông
dân chủ động trong sản xuất, giảm sự lệ thuộc vào thời tiết và khí hậu do đó quy
mô sản xuất được mở rộng. Đặc biệt, giúp giảm giá thành sản phẩm, đa dạng hóa
thương hiệu và cạnh tranh tốt hơn trên thị trường.

18


3.2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Yêu cầu của bài toán
Người nông dân cần có một mô hình tự động có thể giải quyết những vấn đề
phát sinh trong quá trình trồng rau củ quả như sự thay đổi của độ ẩm đất, ánh sáng
trong trang trại. Mặt khác, hệ thống cần đơn giản, dễ sử dụng giúp người nông dân
không mất thời gian để làm quen.
3.2.2 Phân tích bài toán
Việc trồng rau củ quả từ xưa cho đến nay đều phụ thuộc rất lớn vào điều kiện
môi trường tự nhiên và khí hậu. Đặc biệt hơn đây là trang trại trồng rau sạch, nên
điều kiện về tự nhiên và khí hậu sẽ khắt khe hơn.
Tuy nhiên, thực trạng việc trồng rau hiện nay là đại đa số nông dân vẫn sản
xuất theo lối canh tác truyền thống, với các hộ riêng biệt nhỏ lẻ, manh múm, sản
xuất thủ công, công nghệ thấp, thụ động trong sản xuất và tiêu thụ, rủi do cao do

phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, thị trường. Quá trình sản xuất thường cho ra các
sản phẩm có chất lượng kém, không ổn định, giá trị hàng hóa thấp, và đặc biệt là
vấn đề kiểm soát quy trình sản xuất bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm hầu như là
con số không. Dẫn đến sản phẩm làm ra không đạt tiêu chuẩn VSATTP. Mặt khác
vì rủi do cao, chạy theo lợi nhuận và cũng là để bảo vệ miếng cơm manh áo của
mình, nông dân thường tự ý sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất thậm
chí cả chất cấm để bảo vệ cây trồng sai quy trình, trái quy định, thậm chí gây nguy
hại cho sức khỏe xã hội.
Từ thực tế xã hội và những phân tích trên, chúng tôi nhận thấy vấn đề rau,
quả sạch - đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm là vấn đề rất cấp bách của xã hội hiện
nay. Vậy nên chúng tôi đã đưa ra một hệ thống IoT cho trang trại trồng rau sạch,
giúp người dân dễ dàng có thể trồng rau cho mình, đồng thời người nông dân có thể
trồng rau sạch một cách dễ dàng nhất.
Mặt khác, hệ thống giải quyết được các vấn đề trên vì:
− Nhà có màng che loại bỏ được sâu bệnh hại cây trồng
− Cây trồng trên đất sạch sau xử lý hoặc giá thể đảm bảo yếu tố đất sạch
19


− Không phụ thuộc vào thời tiết do có hệ thống điều chỉnh khí hậu
− Do hệ thống tưới, cung cấp chất dinh dưỡng tự động theo tiến độ sinh trưởng
phát triển của cây nên kiểm soát hoàn toàn dư lượng phân bón trong cây, cây
phát triển khỏe, năng suất chất lượng cao.
− Do tự động cao nên giảm được nhân công
− Loại bỏ được 90% yếu tố mùa vụ, tạo điều kiện canh tác cây trái vụ cho năng
suất và hiệu quả kinh tế cao

Hình 3.1 Sơ đồ chức năng của hệ thống IoT

20



3.3 TRIỂN KHAI HỆ THỐNG
3.3.1 Thiết kế hệ thống
Chúng tôi cung cấp giải pháp xây dựng hệ thống giám sát các thông số kỹ
thuật trong nông nghiệp áp dụng IoT. Trong hệ thống có các thành phần chính có
thể giải quyết các vấn đề như sau:
Để giải quyết vấn đề đo nhiệt độ, độ ẩm đất, chúng tôi sử dụng một hệ thống
các máy cảm biến được đặt xung quanh vườn. Các máy cảm biến này được nối với
một board mạch arduino được lập trình sẵn có nhiệm vụ điều khiển các thiết bị
trong vườn và gửi dữ liệu về webserver.
Về giao diện giám sát và điều khiển (dành cho smartphone, tablet hay laptop)
chức năng hiển thị trạng trái hoạt động các thiết bị qua các hình vẽ mô phỏng, hiển
thị kết quả đo, nhận lệnh cài đặt các thông số, chế độ và nhận lệnh điều khiển thiết
bị từ người dùng.
Về vấn đề thu thập, thống kê số liệu (dành cho smartphone, tablet) website sẽ
cập nhật các kết quả đo, vẽ biểu đồ các thông số đo theo từng giờ.

Hình 3.2 Sơ đồ thiết kế của hệ thống IoT
21


3.3.2 Lựu chọn công nghệ
3.3.2.1 Một số mạch thường dùng
A. Mạch Raspberry Pi
Raspberry Pi là cái máy tính giá 35USD kích cỡ như iPhone và chạy HĐH
Linux. Với mục tiêu chính của chương trình là giảng dạy máy tính cho trẻ em. Được
phát triển bởi Raspberry Pi Foundation – là tổ chức phi lợi nhuận với tiêu chí xây
dựng hệ thống mà nhiều người có thể sử dụng được trong những công việc tùy biến
khác nhau.


Hình 3.3: Bảng mạch Raspberry Pi

22


Nhiệm vụ ban đầu của dự án Raspberry Pi là tạo ra máy tính rẻ tiền có khả
năng lập trình cho những sinh viên , nhưng Pi đã được sự quan tâm từ nhiều đối
tượng khác nhau . Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC
Broadcom BCM2835 ( là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được
dùng trong điện thoại di động ) bao gồm CPU , GPU , bộ xử lí âm thanh /video , và
các tính năng khác, tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này .
Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay .
Bạn không thể chạy Windows trên đó vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên
không hỗ trợ mã x86/x64 , nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như
lướt web , môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác.
Cấu tạo của mạch Raspberry Pi:

Hình 3.4: Sơ đồ cấu tạo của Raspberry Pi

23


Thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
B.

Broadcom BCM2836 ARMv7 Quad Core Processor trợ Single Board
CPU 900MHz
1GB RAM
40 chân GPIO mở rộng
4 cổng USB
Cổng ra Audio và cổng Composite video 4 cực
01 cổng HDMI
CSI – cổng camera kết nối Raspberry Pi Camera
DSI – cổng hiển kết nối màn hình cảm ứng Raspberry Pi
01 cổng Micro SD cho hệ điều hành
Nguồn điện Micro USB
Mạch Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác

với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6
chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng
khác nhau.
Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng
khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều
khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngoài ra mạch còn có khả năng liên
kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A,

….để tăng khả ứng dụng của mạch.

24