Nghiên cứu, thiết kế mô hình chăm sóc vườn cây tự động

847 
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH CHĂM SÓC 
VƯỜN CÂY TỰ ĐỘNG 
Trịnh Thắng Anh, Vương Quốc Phong, 
Nguyễn Lê Thanh Điền, Dương Chí Nguyện 
Viện công nghệ Việt – Nhật, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh 
GVHD: TS. Đoàn Thị Bằng 
TÓM TẮT 
Ngày nay, ngành nông nghiệp là một cuộc đua. Nông dân phải trồng nhiều sản phẩm hơn trong 
khi chất lượng đất ngày một tệ hơn, diện tích ngày một giảm và biến động thời tiết ngày một phức 
tạp, trong khi đó chi phí cho nguồn nhân công không hề nhỏ. Ứng dụng vườn cây tự động sẽ cho 
phép nông dân theo dõi sản phẩm và điều kiện của họ trong thời gian thực. Bài báo này đã lựa 
chọn phương pháp nghiên cứu mới đã và đang được áp dụng ở các nước tiên tiến trên thế giới là 
sử dụng các cảm biến như: đất, nước, không khí... để từ đó điều khiển các thiết bị phù hợp với nhu 
cầu thực tế. Mô hình này tiếp cận theo hướng tối ưu hóa quá trình chăm sóc cây trồng tự động, giúp 
người nông dân kiểm soát và chăm sóc tốt hơn khu vườn của mình. 
1 GIỚI THIỆU 
Trên thế giới mô hình vườn cây tự động hay vườn cây thông minh không còn xa lạ gì, tuy nhiên, để 
lắp đặt được và vận hành cũng là một vấn đề lớn cần phải được nghiên cứu ở Việt Nam. Vì thế bài 
báo này được đưa ra giúp tối ưu hóa chi phí lắp đặt cũng như cách vận hành đơn giản hơn phù 
hợp với công nghệ và thị trường của Việt Nam. 
Mô hình vườn cây tự động cũng giống như các mô hình vườn cây thông minh khác cũng có thể giúp 
hẹn giờ tưới, nhắc nhở công việc, cảnh báo thời tiết... trang bị các cảm biến như: đất, nước, độ ẩm, 
nhiệt độ... để điều khiển hệ thống tưới hoặc phun thuốc tự động. Đặc biệt là có thể điều chỉnh được 
thời gian tưới, tự động tưới khi đến nhiệt độ cài đặt và lượng nước tưới phù hợp cho từng loại cây và 
cho các giai đoạn sinh trưởng của cây. 
Nhờ áp dụng hệ thống vườn cây thông minh mà người sử dụng đã tiết kiệm được 40-60% lượng 
nước tưới theo hình thức nhỏ giọt hay tưới dưới tán, giảm được 30% công lao động, đặc biệt giảm 
khoảng 4% chi phí đầu tư nhưng lợi nhuận tăng 9-11% so với phương pháp truyền thống. 
Trong phần tiếp theo của bài báo bao gồm: Phần 2 phương thức hoạt động cách kết nối của các 
cảm biến với arduino và các máy bơm; nguyên lý hoạt động của xe phun thuốc. Phần 3 đưa ra kết 
quả mô hình và bản vẽ thiết kế. 
848 
2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 
2.1 Hệ thống tưới cây tự động 
Tưới cây tự động là phương pháp tưới cung cấp nước một cách tự động cho cây trồng. Bao gồm 
một số hình thức như: tưới nhỏ giọt, tưới phun sương, tưới phun mưa, Hệ thống tưới cây được tự 
động hóa bằng một bộ điều khiển điện tử để tưới cây, hoạt động chính xác theo chương trình đã 
cài đặt. Đồng thời bộ điều khiển có thể được kết hợp với các thiết bị cảm biến, tăng tính hiệu quả 
của hệ thống tưới cây tự động. 
Hình 1: Bản vẽ khu vườn mô hình 
Diện tích vườn: 40 x 40 = 1600 cm2 = 0,16 m2, 4 luống cây, 1 luống 4 cây. 
Số cây trồng: 16 cây trên đơn vị diện tích. 
Máy bơm dưới tán: Điện áp: 12V, lưu lượng nước: 1 – 2L/phút, áp suất: 80PSI, dòng điện tiêu thụ: 1A, 
công suất: 12 W. 
Máy bơm phun sương: Điện áp: 5V, lưu lượng nước: 1,5L/phút, dòng điện tiêu thụ: 200 mA, công 
suất: 1W. 
Tổng công suất tiêu thụ trong ngày: ( ) ( ) 
 ( ) ( ) 
849 
 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 
Mức hấp thụ năng lượng mặt trời tại Việt Nam là khoảng 4,58 kWh/m2/ngày ( ) 
Ampe lý thuyết cho ắc quy: 
Chọn ắc quy dongnai 12 V- 3,5 Ah. 
Lượng ampe ắc quy sạc trong 1 giờ: 
Chọn loại PV có 15 Wp thì số PV cần dùng là: 6,52/15 ≈ 1 tấm 
Chọn 1 tấm pin công suất 15 W (POLY 15W). 
Do đã chọn tấm pin ở trên là 15 W và sử dụng nguồn 12 V. 
Vậy ta chọn bộ điều khiển sạc 12 V có dòng lớn hơn 1,25 A. 
Chọn bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM 12/24 V 30 A. 
Mô tả sơ lược về nguyên lý: 
Cảm biến: Cảm biến ở đây là cảm biến độ ẩm đất và nhiệt độ khi đạt ngưỡng cài đặt thì nó sẻ trả 
tín hiệu về tủ điều khiển trung tâm để bơm và ngược lại. 
Bộ xử lý tín hiệu cảm biến: Gồm arduino bật tắt các relay để điều khiển bơm. Sau khi nhận được 
tín hiệu từ cảm biến gửi về bộ xử lý sẽ xử lý tín hiệu và gửi đến bộ phận điều khiển bơm. 
Bộ điều khiển bơm: Điều khiển máy bơm theo cài đặt đã được lập trình. 
Máy bơm: Nhiệm vụ máy bơm là đẩy nguồn nước đến các ống tưới dưới tán tạo ra áp lực để hệ 
thống hoạt động được, việc lựa chọn máy bơm phụ thuộc vào nguồn điện, vị trí nguồn nước, diện 
tích cần tưới. 
Ống dẫn nước: Từ máy bơm nước sẻ được dẫn qua ống chính 16 mm sau đó sẽ rẽ nhánh đi qua 
các ống phụ 6 mm rồi đi thẳng vào đầu tưới đây là kiểu bố trí thông dụng vì nó có nhiều lợi ích hơn 
so với sử dụng một loại ống dẫn 
Pin mặt trời: Cung cấp năng lượng cho cả hệ thống thông qua bộ điều khiển và mạch của ac 
quy. 
Sơ đồ khối kết nối hệ thống của khu vườn được thể hiện trong Hình 2. Khối điiều khiển đóng vai trò 
bộ não của hệ thống, ta có thể trực tiếp làm việc thông qua một wed server. 
850 
Hình 2: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 
3 KẾT QUẢ THI CÔNG MÔ HÌNH TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 
3.1 Mô hình tưới cây tự động 
Kết quả gia công lắp ráp là sản phẩm thực tế như thể hiện trong Hình 4. Vật liệu chế tạo các chi tiết 
cơ khí là sắt và nhựa cứng. 
Hình 4: Hình ảnh thực tế của mô hình vườn thông minh 
Chi tiết kết nối đầu giữa mạch Arduino và mạch module relay như sau: 
Chân D3 của Arduino nối với chân tín hiệu của cảm biến đất. 
Chân D4 của Arduino nối với chân tín hiệu của relay máy bơm nước phun sương. 
Chân D5 của Arduino nối với chân tín hiệu của relay máy bơm nước tưới dưới tán. 
Chân số D6 của Arduino nối với chân tín hiệu của cảm biến nhiệt độ. 
Các chân VCC và GND của arduino được nối với các chân tương ứng của relay. 
851 
Hệ thống giúp cho người nông dân không phải đi từng cây, tưới từng gốc hay lo về vấn đề nắng 
nóng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây, mọi thứ đã trở nên tự động người nông dân chỉ cần 
theo dõi vườn cây nhà mình thông qua một chiếc laptop hay một chiếc điện thoại. 
4 KẾT LUẬN 
Đề tài này nghiên cứu về mô hình vườn cây thông minh gồm có hệ thống tưới tự động (nhỏ giọt và 
phun dưới tán) điều khiển trung tâm bởi arduino WeMos D1. Trong thời gian tới nhóm tiếp tục phát 
triển thêm một chiếc xe phun thuốc tự động có thể điều khiển giúp cho người nông dân giảm được 
chi phí cho nhân công và đặc biệt là tránh được sự tiếp xúc trực tiếp thuốc sâu. Cung cấp cho người 
dùng một mô hình đơn giản nhưng lại tính hiệu quả cao. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Mạch vi điều khiển Arduino WeMos D1: https://www.arduino.cc/ 
[2] https://bkaii.com.vn/tin-tuc/168-ung-dung-iot-trong-nong-nghiep-cong-nghe-cao 
[3] https://irrigation.com.vn/tuoi-tu-dong-tiet-kiem-nuoc-hon-50-so-voi-tuoi-thu-cong/ 
[4] https://hoanhap.vn/bai-viet/y-tuong-tao-bao-tu-mo-hinh-vuon-thong-minh-24088