Trả lời ngắn gọn
IoT trong nông nghiệp thông minh là việc sử dụng các cảm biến, bộ điều khiển và phần mềm được kết nối để giám sát cây trồng, đất, khí hậu và nước theo thời gian thực, đồng thời thực hiện thao tác tự động hoặc từ xa. Một hệ thống điển hình kết nối các cảm biến độ ẩm đất, nhiệt độ, độ ẩm không khí, CO2, ánh sáng, EC và pH qua mạng LoRaWAN, mạng di động, Wi-Fi hoặc Modbus có dây tới bộ điều khiển để bật tắt van, bơm, quạt, đèn và thiết bị định lượng.
IoT trong nông nghiệp thông minh là gì?
IoT trong nông nghiệp thông minh là việc sử dụng các cảm biến, bộ điều khiển và phần mềm được kết nối theo mô hình Internet vạn vật để đo điều kiện đồng ruộng, nhà kính hoặc trang trại trong nhà theo thời gian thực, rồi thực hiện thao tác tự động hoặc từ xa dựa trên các điều kiện đó. Các hệ thống điển hình giám sát độ ẩm đất, khí hậu, nước và dinh dưỡng, sau đó bật tắt van tưới, quạt, đèn hoặc bơm định lượng theo quy tắc hoặc quyết định của người trồng.
Canh tác thông minh là khái niệm rộng hơn về việc vận hành trang trại dựa trên dữ liệu thay vì quy trình cố định; IoT là lớp phần cứng và mạng giúp thực hiện điều đó. Nông nghiệp thông minh ứng dụng IoT phù hợp với cả đồng ruộng ngoài trời, vườn cây ăn quả, nhà kính, trang trại container và chuồng trại chăn nuôi, mặc dù cảm biến và mạng sử dụng có khác nhau. Hướng dẫn này giải thích cách xây dựng hệ thống IoT nông nghiệp, những cảm biến IoT quan trọng nhất trong nông nghiệp, cách thiết bị giao tiếp, các ứng dụng thực tế trong tưới và canh tác trong môi trường có kiểm soát, cùng cách lập kế hoạch triển khai. Nếu bạn chỉ cần nâng cấp bộ hẹn giờ tưới, hãy bắt đầu với hướng dẫn về bộ điều khiển tưới thông minh của chúng tôi; bài viết này đề cập đến toàn bộ hệ thống trang trại.
Hệ thống IoT nông nghiệp hoạt động như thế nào?
Hệ thống IoT nông nghiệp, hay hệ thống nông nghiệp thông minh, hoạt động theo từng lớp: cảm biến thu thập dữ liệu, mạng truyền dữ liệu, cổng kết nối hoặc bộ điều khiển xử lý dữ liệu, nền tảng đám mây hoặc cục bộ lưu trữ và hiển thị dữ liệu, còn cơ cấu chấp hành thực thi quyết định. Mỗi lớp có thể đến từ các nhà cung cấp khác nhau, vì vậy các giao thức mở rất quan trọng.
- Cảm biến. Cảm biến dùng pin hoặc điện lưới đo các đại lượng như hàm lượng nước trong đất, nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí, CO2, ánh sáng, độ dẫn điện (EC) và pH.
- Kết nối. Dữ liệu được truyền qua bus trường có dây như RS485/Modbus, kết nối vô tuyến tầm ngắn như Wi-Fi, Zigbee hoặc Bluetooth, kết nối vô tuyến tầm xa như LoRaWAN, hoặc mạng di động như NB-IoT, LTE-M và 4G.
- Điều khiển tại biên. Cổng kết nối, PLC (bộ điều khiển logic khả trình) hoặc máy tính điều khiển khí hậu tại chỗ vận hành các vòng điều khiển. Các chức năng thiết yếu, như đóng cửa thông gió khi có bão, cần tiếp tục hoạt động nếu mất kết nối internet.
- Nền tảng. Bảng điều khiển trên đám mây hoặc tại chỗ ghi lại dữ liệu, gửi cảnh báo qua ứng dụng, SMS hoặc email và cho phép người quản lý điều chỉnh các giá trị đặt từ xa.
- Chấp hành. Rơ-le và bộ điều khiển truyền động bật tắt bơm, van điện từ, quạt, thiết bị sưởi, màn che, đèn LED và thiết bị định lượng.
Giá trị nằm ở việc khép kín vòng điều khiển: số đo từ cảm biến kích hoạt một thao tác đã xác định, và kết quả được ghi lại để người trồng có thể tinh chỉnh quy tắc.
Những cảm biến IoT nào được sử dụng trong nông nghiệp?
Những cảm biến nông nghiệp thông minh hữu ích nhất là các cảm biến gắn trực tiếp với quyết định bạn đưa ra hằng ngày, chẳng hạn khi nào tưới, khi nào thông gió hoặc khi nào thay dung dịch dinh dưỡng. Bảng dưới đây liệt kê các cảm biến phổ biến trong canh tác thông minh và những thao tác được điều khiển dựa trên chúng.
| Cảm biến | Đại lượng đo | Quyết định điển hình | Nơi sử dụng |
|---|---|---|---|
| Độ ẩm đất (điện dung, TDR, áp kế đo sức căng nước đất) | Hàm lượng nước theo thể tích hoặc sức căng nước trong đất | Bắt đầu hoặc dừng tưới | Đồng ruộng, vườn cây ăn quả, tấm giá thể |
| Nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí | °C (°F) và % RH, từ đó tính VPD | Thông gió, sưởi ấm, hút ẩm | Nhà kính, trang trại trong nhà, kho bảo quản |
| CO2 | ppm | Bổ sung CO2, thông gió | Nhà kính, nhà máy trồng cây, phòng trồng nấm |
| Ánh sáng (cảm biến lượng tử PAR, bức xạ mặt trời) | µmol/m²/s hoặc W/m² | Chiếu sáng bổ sung, màn che nắng, tưới dựa trên bức xạ | Nhà kính, trang trại thẳng đứng |
| Đầu dò EC và pH | mS/cm và pH | Châm phân bón và axit theo định lượng | Cụm đầu mối tưới kết hợp bón phân, bồn thủy canh |
| Mực nước, lưu lượng và áp suất | Mực nước, L/min, bar | Bổ sung nước vào bồn, cảnh báo rò rỉ và tắc nghẽn | Cụm đầu mối tưới, hồ chứa |
| Trạm thời tiết | Mưa, gió, bức xạ mặt trời, nhiệt độ | Lập lịch tưới, bảo vệ cửa thông gió và màn che | Trang trại, mái nhà kính |
| Đèn giám sát côn trùng hoặc camera gắn tại bẫy | Số lượng và hình ảnh côn trùng | Xác định thời điểm phun thuốc, cảnh báo côn trùng gây hại | Vườn cây ăn quả, đồng ruộng, nhà kính |
Cảm biến đất cần được lập kế hoạch riêng vì vị trí, độ sâu lắp đặt và việc hiệu chuẩn quyết định độ tin cậy của dữ liệu; hướng dẫn về cảm biến độ ẩm đất cho hệ thống tưới của chúng tôi trình bày chi tiết nội dung này.
Các thiết bị IoT trong trang trại giao tiếp như thế nào?
Các thiết bị IoT trong trang trại giao tiếp qua mạng phù hợp với khoảng cách, lượng dữ liệu và nguồn điện của chúng. Mạng diện rộng công suất thấp phù hợp với khoảng cách xa và thiết bị dùng pin; nhà kính và trang trại trong nhà có điện lưới thường phù hợp hơn với bus có dây hoặc Wi-Fi.
- LoRaWAN: tiêu thụ ít điện và có tầm truyền xa, thường đạt vài kilômét ở địa hình nông thôn thoáng, với pin cảm biến dùng được nhiều năm. Tốc độ dữ liệu thấp, nhưng phù hợp để gửi số đo mỗi 5–15 phút. Bạn lắp cổng kết nối riêng hoặc dùng mạng công cộng nếu có.
- NB-IoT và LTE-M: mạng di động công suất thấp không cần cổng kết nối riêng nhưng phụ thuộc vào vùng phủ sóng của nhà mạng và thuê bao SIM cho từng thiết bị.
- Bộ định tuyến di động 4G/5G: dành cho cổng kết nối, camera và bộ điều khiển cần gửi nhiều dữ liệu hơn.
- Wi-Fi, Zigbee và Bluetooth: tầm ngắn, phù hợp với phòng trồng cây, trang trại container và khu vực đóng gói.
- RS485/Modbus và Ethernet: kết nối có dây, ổn định, là lựa chọn tiêu chuẩn trong nhà kính, máy tưới kết hợp bón phân và nhà máy trồng cây, nơi có nhiều thiết bị đặt gần nhau.
Hãy hỏi mọi nhà cung cấp giải pháp IoT nông nghiệp về các giao thức mà phần cứng hỗ trợ và liệu bạn có thể xuất dữ liệu thô hay không. Bị phụ thuộc vào một ứng dụng khép kín là điều nhiều người thường hối tiếc.
Các ứng dụng chính của IoT trong sản xuất nông nghiệp là gì?
Các giải pháp nông nghiệp thông minh hoàn vốn nhanh nhất thường giúp tiết kiệm nước, phân bón, nhân công hoặc giảm tổn thất cây trồng tại cơ sở đã có thiết bị để thực hiện thao tác theo dữ liệu. Dưới đây là những ứng dụng phổ biến nhất mà chúng tôi gặp.
Tưới và tưới kết hợp bón phân
Dữ liệu độ ẩm đất, thời tiết và lưu lượng giúp lập lịch tưới theo nhu cầu thực tế, còn cảm biến EC và pH điều khiển việc châm phân. Cảnh báo lưu lượng và áp suất giúp phát hiện sớm đường ống bị vỡ và bộ lọc bị tắc. Hệ thống tưới kỹ thuật số IoT của chúng tôi kết hợp van, cảm biến và điều khiển từ xa; để chọn công suất bộ châm phân, xem cách xác định quy mô hệ thống tưới kết hợp bón phân.
Điều khiển khí hậu nhà kính
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, CO2 và bức xạ điều khiển cửa thông gió mái, cửa thông gió bên hông, màn che, quạt và hệ thống sưởi. Cảnh báo từ xa khi nhiệt độ cao hoặc mất điện có thể cứu cả vụ trồng trong đêm.
Trang trại container và nhà máy trồng cây
Các trang trại khép kín hoàn toàn phụ thuộc vào canh tác tự động: chu kỳ chiếu sáng LED, hệ thống HVAC và hút ẩm, châm dinh dưỡng theo định lượng và mực nước đều được điều khiển và ghi lại. Người trồng có thể quản lý nhiều địa điểm từ một bảng điều khiển. Xem HVAC và hút ẩm cho trang trại trong nhà để tìm hiểu về khía cạnh khí hậu.
Giám sát côn trùng gây hại
Đèn giám sát côn trùng năng lượng mặt trời đếm, chụp ảnh côn trùng bị bắt và tải hình ảnh lên, giúp cảnh báo sớm về các đợt bay của côn trùng gây hại trên những vườn cây ăn quả và cánh đồng rộng lớn. Hướng dẫn về đèn diệt côn trùng năng lượng mặt trời của chúng tôi giải thích phạm vi bao phủ và cách bố trí.
Nước, bảo quản và chăn nuôi
Cảm biến mực nước bồn, thiết bị ghi nhiệt độ kho lạnh và hệ thống thức ăn xanh thủy canh tự động là những thiết bị IoT nông nghiệp đơn giản, mang lại giá trị cao, giúp giảm số lần đến kiểm tra trực tiếp hằng ngày.
Canh tác thông minh và canh tác chính xác khác nhau như thế nào?
Canh tác chính xác quản lý sự khác biệt trong cùng một cánh đồng bằng cách cấp nước, gieo hạt hoặc bón phân với lượng khác nhau theo từng khu vực, thường dựa trên GPS, bản đồ năng suất và hình ảnh vệ tinh hoặc thiết bị bay không người lái. Canh tác thông minh là khái niệm bao quát hơn, bao gồm canh tác chính xác cùng với các hệ thống điều khiển có kết nối, tự động hóa, giám sát từ xa và phần mềm quản lý trang trại.
Trong nhà kính và trang trại trong nhà, tính chính xác có hình thức khác: các "khu vực" là bàn trồng, phòng hoặc tầng giá trồng, và tính chính xác có nghĩa là duy trì chặt chẽ từng giá trị đặt về khí hậu và dinh dưỡng. Các nguyên tắc dữ liệu vẫn áp dụng như nhau, và hiện nay nhiều nền tảng phần mềm trang trại hỗ trợ cả canh tác ngoài trời lẫn canh tác có che phủ bảo vệ.
Triển khai IoT tại trang trại như thế nào?
Triển khai IoT hiệu quả nhất khi thực hiện theo từng giai đoạn, bắt đầu từ một vấn đề rõ ràng và mở rộng khi dữ liệu chứng minh được tính hữu ích. Một trình tự điển hình như sau.
- Xác định quyết định cần đưa ra. Ví dụ: "chỉ tưới từng khu vực khi độ ẩm giá thể giảm xuống dưới giá trị đặt" hoặc "cảnh báo nếu nhiệt độ trong trang trại container vượt 28°C (82°F)".
- Rà soát thiết bị hiện có. Liệt kê bơm, van, quạt và bộ điều khiển, điện áp của chúng và khả năng nhận điều khiển bằng rơ-le, tín hiệu 0–10 V hoặc Modbus.
- Chọn cảm biến và vị trí lắp đặt. Bố trí đủ cảm biến để đại diện cho từng khu vực, tránh xa thiết bị sưởi, cửa ra vào và tia phun trực tiếp.
- Chọn mạng. Chọn LoRaWAN, mạng di động, Wi-Fi hoặc kết nối có dây phù hợp với khoảng cách và nguồn điện sẵn có, đồng thời kiểm tra vùng phủ sóng tại chỗ.
- Duy trì điều khiển cục bộ. Đảm bảo các vòng điều khiển thiết yếu chạy trên bộ điều khiển tại chỗ, với các thiết lập mặc định an toàn khi mất liên lạc.
- Hiệu chuẩn và kiểm chứng. Hiệu chuẩn cảm biến EC, pH và độ ẩm khi lắp đặt, sau đó theo lịch định kỳ, đồng thời đối chiếu số đo với máy đo cầm tay.
- Thiết lập cảnh báo và phân công trách nhiệm. Xác định ai nhận cảnh báo nào và họ cần làm gì.
- Đánh giá và mở rộng. Sau một vụ, so sánh lượng nước, phân bón, năng lượng và nhân công sử dụng với số liệu trước đó rồi mở rộng sang khu vực tiếp theo.
Theo dõi dữ liệu và chi phí trang trại như thế nào?
Dữ liệu trang trại trở nên có giá trị khi nhật ký cảm biến được kết nối với hồ sơ kinh doanh như vật tư đầu vào, nhân công, thu hoạch và bán hàng. Nhiều người trồng bắt đầu bằng việc theo dõi chi phí trang trại trên bảng tính hoặc ứng dụng theo dõi chi phí trang trại, sau đó chuyển sang phần mềm quản lý trang trại hoặc quản lý tồn kho trang trại để ghi nhận lượng phân bón tồn kho, lô hạt giống, lô thu hoạch và chi phí theo từng loại cây trồng.
Khi lựa chọn phần mềm hoặc nhà cung cấp công nghệ, hãy kiểm tra khả năng nhập dữ liệu từ các bộ điều khiển của bạn, xuất dữ liệu sang các định dạng thông dụng và phân bổ chi phí theo từng khu vực hoặc loại cây trồng. Đồng thời, hãy dự trù các chi phí duy trì dễ bị bỏ sót: phí SIM hoặc mạng, phí thuê bao đám mây, thay pin, hiệu chuẩn lại cảm biến và đầu dò dự phòng. Chẳng hạn, đầu dò EC và pH là vật tư tiêu hao, thường cần thay thế sau mỗi một đến hai năm tùy mức độ sử dụng.
Những sai lầm thường gặp khi ứng dụng IoT trong nông nghiệp gồm lắp quá ít cảm biến để phản ánh đầy đủ tình trạng cây trồng, bỏ qua việc hiệu chuẩn, phụ thuộc hoàn toàn vào điều khiển qua đám mây và thu thập dữ liệu mà không ai xem xét. Bảo mật cũng rất quan trọng: hãy thay đổi mật khẩu mặc định, cập nhật phần mềm nhúng và tách mạng điều khiển trang trại khỏi Wi-Fi dành cho khách.
Các bước tiếp theo
IoT trong nông nghiệp thông minh phát huy hiệu quả cao nhất khi được tích hợp vào thiết bị ngay từ đầu: máy tưới kết hợp bón phân, nhà kính, trang trại container và đèn kiểm soát côn trùng gây hại có sẵn khả năng giao tiếp bằng giao thức mở và dùng chung một bảng điều khiển. Mars Vertical Farm cung cấp trực tiếp từ nhà máy các cụm đầu mối tưới sẵn sàng kết nối IoT, các nhà máy trồng cây như nhà máy trồng cây container tự động với hệ thống điều khiển bằng cảm biến IoT của chúng tôi và đèn giám sát côn trùng gây hại năng lượng mặt trời, với cấu hình cảm biến và điều khiển tùy chỉnh. Hãy cho chúng tôi biết loại cây trồng, địa điểm và những công việc bạn muốn tự động hóa, các kỹ sư của chúng tôi sẽ đề xuất một hệ thống phù hợp với thực tế.
