Nông nghiệp công nghệ cao đang là một xu hướng tất yếu của nền nông nghiệp nước nhà . Hiện nay trên cả nước đã xuất hiện rất nhiều mô hình thành công trong việc áp dụng các ứng dụng công nghệ kỹ thuật cao vào phục vụ trong nông nghiệp , có thể kể đến là các mô hình nhà kính, các hệ thống tưới thông minh, hệ thống tưới nhỏ giọt, phun mưa,… Chắc hẳn, thuật ngữ Lora đã được các bạn nghe nhiều trong các ứng dụng liên quan đến IoT . Bài viết này Techway Việt Nam xin giới thiệu với các bạn về việc ứng dụng công nghệ truyền thông Lora trong hệ thống tưới tiêu thông minh.
Khái niệm cơ bản về Lora
Lora là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Với công nghệ này, chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch khuếch đại công suất , từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền – nhận dữ liệu. Chính vì lẽ đó Lora có thể được áp dụng rất rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như sensor network trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách xa hàng km .
Lora thực chất là một sóng RF hoạt động ở các giải tần 433MHz và 923MHz tại Châu Á, 868MHz tại Châu Âu, 915MHz tại Châu Mĩ. Vì thế khi nói đến giao tiếp truyền nhận bằng sóng Lora thì nó mang đầy đủ đặc tính của sóng RF. Là mô hình kết nối Node to Node cùng thông số Lora tần số, cùng SF, datarate, CRC mới đạt được hiệu suất cao nhất.
Kỹ thuật điều chế sóng Lora
Lora sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum. Có thể hiểu nôm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal (là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian.
- Có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng theo thời gian và down-chirp có tần số giảm theo thời gian; và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi truyền ra anten để gửi đi.
- Nhờ sử dụng chirp signal mà các tín hiệu Lora với các chirp rate khác nhau có thể hoạt động trong cùng 1 khu vực mà không gây ảnh hưởng của nhiễu cho nhau. Điều này cho phép nhiều thiết bị ứng dụng công nghệ Lora có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng thời (mỗi kênh cho 1 chirprate) .
Ứng dụng cho tưới tiêu nông nghiệp dùng sóng Lora
Như chúng ta đã biết, một hệ thống tưới tiêu thông minh thì sẽ sử dụng các cảm biến để thu thập thông số đầu vào như nhiệt độ và độ ẩm đất, độ pH của đất, cường độ ánh sáng ,không khí và các yếu tố môi trường khác. Sau đó đưa dữ liệu cảm biến về bộ thu thập để xử lý dữ liệu, căn cứ vào đây thì hệ thống sẽ quyết định thời điểm và lượng tưới nước và một số chất dinh dưỡng khác với số lượng bao nhiêu cho tiết kiệm và phù hợp.
Một đặc thù riêng biệt, ở môi trường nông nghiệp thì việc truyền dữ liệu từ các cảm biến và trung tâm, và từ trung tâm tới các thiết bị chấp hành sẽ gặp phải các khó khăn về khoảng cách, dễ bị tác động của môi trường,…dẫn đến hệ thống không hoạt động ổn định. Ngoài Zigbee thì Lora là một lựa chọn tuyệt vời .
Nguyên lý ứng dụng tưới tiêu công nghệ cao dùng sóng Lora
Mô hình của hệ thống bao gồm các cảm biến dữ liệu , các thiết bị và cơ cấu chấp hành ( relay, van,…) đều được gắn module Lora.
Các dữ liệu cảm biến được truyền về bộ Lora-gateway đặt tại trung tâm .Thông qua gateway, dữ liệu có thể truyền về trung tâm mà không cần quan tâm đến giới hạn khoảng cách địa lý vì nó được truyền nhận thông qua mạng GPRS – 3G hoặc thông qua mạng Internet.
Ứng dụng thực tế tưới tiêu công nghệ cao dùng sóng Lora
Khi dữ liệu cảm biến truyền về trung tâm, phần mềm trung tâm sẽ xử lý dữ liệu để đưa ra quyết định xuống tới các thiết bị chấp hành theo đường truyền và các dữ liệu được cập nhật liên tục 2 chiều .
Ưu điểm của hệ thống tưới tiêu công nghệ cao sử dụng Lora
- Nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước theo nguyên tắc tưới đúng – tưới đủ – không lãng phí .
- Tiết kiệm tối đa chi phí đầu tư ban đầu ( đầu tư dây nối tín hiệu, hệ thống vỏ bảo vệ dây) và tăng độ ổn định hệ thống .
- Có thể vận hành giám sát ở bất kỳ đâu, chỉ cần có internet .