Báo Cáo Đồ Án Chuyên Ngành 2 Đề Tài Xây Dựng Hệ Thống Trồng Rau Thủy Canh Thông Minh.docx

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG VIỆT-HÀN
KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

ĐỀ TÀI: Xây Dựng Hệ Thống Trồng Rau Thủy Canh
Thông Minh


LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện và hoàn thành tốt đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ và
hướng dẫn rất tận tình của các thầy cơ thuộc Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Và
Truyền Thông Việt – Hàn, Đại Học Đà Nẵng. Em xin cảm ơn các thầy cô thuộc bộ môn
chuyên ngành đã cung cấp cho chúng em các thông tin, kiến thức vô cùng quý báu và
cần thiết trong suốt thời gian quá để em có thể thực hiện và hồn thành đồ án của
mình. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Thị Thu Nga người đã trực tiếp
hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài này.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các bạn trong ngành công nghệ thông tin đã
ủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu có được giúp chúng tơi
trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tiễn nên
đề tài không tránh khỏi những sai xót. Em rất mong nhận được sự thơng cảm của q
thầy cơ và mong đón nhận những góp ý của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...................................................................................................................... 1
Chương 1: GIỚI THIỆU................................................................................................. 2
1.1 Giới thiệu chung về phương pháp thủy canh:....................................................................................2

1.1.1 Khái niệm cơ bản:........................................................................................................................2
1.1.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu:.........................................................................................................4
1.2 Môi trường nuôi trồng thủy canh:......................................................................................................5
1.2.1 Chất dinh dưỡng:.........................................................................................................................5
1.2.2 Pha chế dung dịch trồng:.............................................................................................................5
1.2.3 Độ pH:..........................................................................................................................................5
1.2.4 Nhiệt độ:......................................................................................................................................6
1.2.5 Độ dẫn điện (EC) và độ phân hủy các muối khoáng (TDS):..........................................................7
1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố mơi trường:..............................................................................................9
1.4 Giới thiệu về trí tuệ nhân tạo trong mơ hình hệ thống thủy canh:...................................................11

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................................... 12
2.1 Phương pháp hồi quy logistic:..........................................................................................................12
2.1.1 Giới thiệu mơ hình tuyến tính:..................................................................................................12
2.1.2 Giới thiệu về thuật tốn hồi quy logistic:...................................................................................12
2.1.3 Mơ hình hồi quy logistic:...........................................................................................................14

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG..............................................................................19
3.1 Kiến trúc hệ thống:...........................................................................................................................19
3.2 Xây dựng mô hình tiên đốn thơng minh:........................................................................................19
3.2 Xây dựng ứng dụng di động:.............................................................................................................24
3.3 Xây dựng hệ thống Iot – Server máy học dự báo mưa:....................................................................27
3.4 Xây dựng website quản trị:...............................................................................................................29

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................33
1. Kết luận:.............................................................................................................................................33


2. Hướng phát triển:...............................................................................................................................33

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Logistic Regression
13
Hình 2: Các activation function khác nhau
14
Hình 3: Tại sao Linear Regression khơng phù hợp?
15
Hình 4: Đồ thị Sigmoid function
16
Hình 5: Hai class với dữ liệu hai chiều
17
Hình 6: Hàm sigmoid với dữ liệu có chiều là 2
17
Hình 7: Logistic Regression với dữ liệu hai chiều.
18
Hình 8: Sơ đồ mơ hình
21
Hình 9: Kết quả dự đoán của máy học (Kết quả của mỗi dòng từ trái qua phải gồm, tỷ lệ
phân loại sai của mơ hình dự đốn, độ chính xác của mơ hình dự đốn và kết quả dựa
đốn có – khơng mưa)
23
Hình 10: Biểu đồ the confusion matrix từ mơ hình hồi quy logictic (Ơ trên cùng bên trái
là số True Positives của mơ hình, ơ trên cùng bên phải là số False Positives, ô dưới cùng
bên trái là số False Negatives, ô dưới cùng bên phải là số True Negatives)
23
Hình 11: Giao diện trang chủ của ứng dụng
26
Hình 12: Giao diện tình trạng hiện tại của cây
26
Hình 13: Giao diện cài đặt hệ thống

26
Hình 14: Giao diện thơng tin loại cây
26
Hình 15: Giá thể thuỷ canh
27
Hình 16: Rọ trồng thuỷ canh
27
Hình 17: Mơ hình hệ thống Iot (1)
28
Hình 18: Mơ hình hệ thống Iot (2)
29
Hình 19: Giao diện website xem thơng tin của bơm dung dịch dinh dưỡng
30
Hình 20: Giao diện website chỉnh sửa thơng tin cây trồng
31
Hình 21: Giao diện website thêm mới cây trồng vào hệ thống
31
Hình 22: Giao diện website xem thơng tin cây trồng
32


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1: So sánh giữa trồng cây theo phương pháp thủy canh phương pháp thổ canh......3
Bảng 2: Một số giới hạn EC và TDS đối với một số loại cây trồng.......................................8
Bảng 3: Mơ tả thuộc tính dữ liệu đầu vào........................................................................22


MỞ ĐẦU
Giới thiệu tổng quan về đề tài
Rau quả không chỉ cung cấp dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày mà cịn là

những vị thuốc hữu hiệu lại an tồn trong sử dụng, đặc biệt là không gây di bệnh mới.
Các chất bổ dưỡng ở rau, quả đã xây dựng nên mạng lưới “vi mạch” trong cơ thể, góp
phần mang lại nguồn năng lượng hoàn chỉnh cho mỗi người đồng thời đây cịn là món
ăn ngon miệng. Gần đây khoa học dinh dưỡng đã kết luận rằng rau quả còn cung cấp
cho con người nhiều chất xơ, có tác dụng giải các độc tố phát sinh trong q trình tiêu
hố thức ăn. Do vậy, trong chế độ dinh dưỡng của con người rau quả không thể thiếu và
rất quan trọng. Tại các nước phát triển, mức sống cao thì trong khẩu phần ăn, tỉ trọng
rau quả ngày càng tăng.
Tuy nhiên việc sản xuất rau quả và các loại cây lương thực khác ngày nay gặp
nhiều khó khăn do q trình đơ thị hóa, mơi trường thiên nhiên cằn cỗi, ơ nhiễm môi
trường… Nhưng nhu cầu về rau xanh hay các loại cây lương thực khác ngày càng tăng,
một trong những phương pháp được đề xuất để giải quyết vấn đề về rau xanh an tồn và
trái vụ đó là trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh.
Tuy nhiên, việc áp dụng kỹ thuật trồng rau thủy canh vào sản xuất chưa mạng lại
hiệu quả như mong muốn. Vì kỹ thuật cịn quá mới, nhiều bước làm khó khăn và cần
trang bị nhiều kiến thức về kỹ thuật trồng. Điểm mấu chốt quyết định thành công của
phương pháp thủy canh là pha chế dung dịch phù hợp với loại cây trồng và tùy ứng theo
giai đoạn phát triển của cây trồng, nên việc này gây rất nhiều khó khăn với người nơng
dân. Để giúp người nông dân giải quyết các vấn đề trên và đưa phương pháp thủy canh
phổ biến rộng rãi nhóm chúng em đã đề xuất đề tài: “Xây Dựng Hệ Thống Trồng Rau
Thuỷ Canh”.


Chương 1:
GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu chung về phương pháp thủy canh:
1.1.1 Khái niệm cơ bản:
Thuỷ canh (Hydroponics) là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp
vào môi trường dinh dưỡng hoặc giá thể mà không phải là đất. Các giá thể có thể là cát,
trấu, vỏ sơ dừa, than bùn, vermiculite perlite…

Kỹ thuật thuỷ canh là một trong những nghề làm vườn hiện đại, chọn môi trường
tự nhiên cần thiết cho cây phát triển, là chọn lựa sử dụng những chất thích hợp cho sự
sinh trưởng và phát triển của cây, tránh được sự phát triển của cơn trùng, cỏ dại, bệnh
tật từ đất.
* Lợi ích của kỹ thuật trồng thuỷ canh
- Có khả năng thích nghi dễ dàng với các điều kiện trồng khác nhau. Do đặc tính
khơng cần đất, chỉ cần khơng gian để đặt hệ thống. Do đó ta có thể tiến hành trồng ở
nhiều vị trí, địa hình khác nhau như hải đảo, vùng núi xa sôi, hay trên tầng thượng, ban
công, hiên nhà, sau nhà…
- Giải phóng một lượng sức lao động. Do không phải làm đất, cày bừa, nhổ cỏ,
tưới nước… Việc chuẩn bị cho hệ thống trồng thuỷ canh không đòi hỏi lao động nặng
nhọc, người già, trẻ em, người khuyết tật đều có thể tham gia hiệu quả.
- Năng suất cao. Vì có thể trồng nhiều vụ trong năm, ít bị ảnh hưởng bởi hiện
tượng trái mùa như phương pháp trồng thơng thường. Ngồi ra thuỷ canh cịn cho phép
trồng liên tục, trồng gối đầu (có thể chuẩn bị cây giống cho vụ sau khi đang trồng vụ hiện
tại) nên năng suất tổng cộng trong năm cao gấp nhiều lần so với trồng thơng thường.
- Sản phẩm hồn tồn sạch, phẩm chất cao. Do chủ động hoàn toàn về chất dinh
dưỡng cung cấp cho rau nên chất lượng rau đạt mức gần như tối ưu, cho phẩm chất rau
tươi ngon, nhiều dinh dưỡng. Ngoài ra, phương pháp thuỷ canh được trồng chủ yếu


trong hệ thống nhà lưới, nhà kính nên tránh được các tác nhân gây bệnh được sinh ra
bởi côn trùng sâu bọ. Vì vậy, ở đây hầu như rất ít sử dụng thuốc trừ sâu và hoá chất độc
hại khác, khơng tích luỹ chất độc, khơng gây ơ nhiễm mơi trường.
Phương pháp thủy canh

Phương pháp thổ canh
Trong đất trồng, các vi sinh vật phải phân
hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các
Thức ăn cho cây là các muối vô cơ mà cây

muối vơ cơ có những ngun tố cơ bản
có thể hấp thụ trực tiếp từ dung dịch
mà cây trồng có thể hấp thu như nitơ,
dinh dưỡng
phốt pho, kali … và các nguyên tố vi
lượng.
Đất trồng không thể sản sinh nhiều chất
Cây trồng có thể nhận đầy đủ dinh dưỡng
dinh dưỡng trên mỗi diện tích đủ cho hệ
mọi lúc.
rễ có thể hấp thu
Khó xác định và kiểm sốt mức độ dinh
Giá trị pH và dinh dưỡng của môi trường dưỡng, giá trị pH của môi trường đất để
được chủ động điều chỉnh và kiểm soát
phù hợp với các loại cây trồng khác nhau.
cho phù hợp với các loại cây trồng khác
Có thể điều chỉnh dinh dưỡng của đất
nhau.
bằng cách bón phân nhưng khó xác định
được nhu cầu cần thiết.
Đất trồng đóng vai trị vật chủ đối với
Các mơi trường thủy canh là trơ, sạch,
nhiều vi sinh vật gây hại, do đó có thể lay
khơng mang mầm bệnh gây hại.
truyền mầm bệnh cho cây trồng.
Địi hỏi nhiều cơng chăm sóc: làm đất,
Thủy canh làm tăng sự tăng trưởng và
tưới tiêu, bón phân, diệt sâu bệnh gây
sản lượng trên mỗi diện tích ni trồng,
hại…, cây sinh trưởng chậm và cần nhiều

giảm các bệnh gây hại và cơng chăm sóc.
khơng gian để sinh trưởng.
Bảng 1: So sánh giữa trồng cây theo phương pháp thủy canh phương pháp thổ canh

* Hạn chế của kỹ thuật thuỷ canh So sánh giữa trồng cây theo phương pháp thổ canh và
phương
- Chi phí đầu tư cho hệ thống cao.
- Hiện nay thuỷ canh chỉ mới có thể áp dụng hiệu quả cho các loại cây rau quả,
hoa ngắn ngày.
- Sâu hại và dịch bệnh có thể lây lan một cách nhanh chóng.


- Do công nghệ thuỷ canh cây trồng chưa được nghiên cứu, chuyển đổi phù hợp
với điều kiện Việt Nam, nên hiện nay giá thành sản xuất còn khá cao.
- Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên các loại sâu bệnh hại cây trồng phát
triển mạnh. Mùa mưa bão cũng là vấn đề lớn đối với việc bảo vệ cây trồng thuỷ canh.
1.1.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu:
* Những nghiên cứu ở nước ngoài:
- Kỹ thuật thuỷ canh đã có từ lâu, theo những từ ngữ ghi chép từ chữ tượng hình
của người Ai Cập trong vài năm trước công nguyên, đã mô tả lại sự trồng cây trong nước.
- Sự nghiên cứu của những niên đại gần đây cho thấy vườn treo Babilon và vườn
nổi Kashimir và tại Aztec indians của Mehico cũng còn nhiều nơi trồng cây trên vỉa hè
trong những hồ cạn. Hiện tại vẫn cịn nhiều bè trồng cây được tìm thấy ở gần thành phố
Mehico.
- Năm 1699, John Woodward (người Anh) đã thí nghiệm trồng cây trong nước có
chứa các loại đất khác nhau.
- Những năm 60 của thế kỷ 19 Sachs & Knop (Đức) đã sản xuất ra các dung dịch để
nuôi cây.
- Trong những năm 30 của thế kỷ 20 TS.W.F. Gerick (California) đã phổ biến rộng
rãi thuỷ canh ở nước Mỹ. Những nông trại thuỷ canh di động đã cung cấp thực phẩm rau

tươi cho lính Mỹ trong suốt thời gian chiến tranh quân sự tại Nam Thái Bình Dương.
* Các nghiên cứu trong nước
Việc ni trồng thuỷ canh đã được biết đến từ khá lâu, nhưng chưa được nghiên
cứu có hệ thống và được ứng dụng để trồng cây các loại cây cảnh nhiều hơn.
Từ năm 1993, GS. Lê Đình Lương-khoa sinh học ĐHQG Hà Nội phối hợp với tổng
nghiên cứu và triển khai HôngKông đã tiến hành nghiên cứu tồn diện các khía cạnh
khoa học xã hội cho việc chuyển giao công nghệ và phát triển thuỷ canh ở Việt Nam.


Đến tháng 10/1995 mạng lưới nghiên cứu và triển khai được phát triển ở Hà Nội,
Tp Hồ Chí Minh, Cơn Đảo, sở khoa học một số tỉnh thành. Công ty Gold Garden & Gino,
nhóm sinh viên ĐH Khoa Học Tự Nhiên Tp. Hồ Chí Minh với phương pháp thuỷ canh một
số loại rau thông dụng: cải xanh, xà lách, cải ngọt… phân viện công nghệ sau thu hoạch.
Từ tháng 9/2006, phương pháp trồng rau thuỷ canh được thử nghiệm tại Phân
viện Sinh học Đà Lạt. Hệ thống này không cần cơng chăm sóc bởi hệ thống tự cung cấp
nước tưới, chế độ dinh dưỡng cho rau hoàn toàn tự động. Sau khi trồng thành công rau
xà lách bằng phương pháp thuỷ canh, Phân viện Sinh học Đà Lạt tiếp tục thử nghiệm
trồng khoai tây và cũng cho kết quả tốt.
1.2 Môi trường nuôi trồng thủy canh:
1.2.1 Chất dinh dưỡng:
Những nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển thích hợp là O, H, C,
S, Mg, Mn, Fe, Cu, Bo, Mo. Một số nguyên tố thì chỉ cần với số lượng rất ít, tuy nhiên một
trong số các nguyên tố đó có thể trở thành một nhân tố giới hạn đối với sự lành mạnh
của cây. Nhiều nguyên tố được tìm thấy trong các enzyme và co-enzyme (các chất này là
nhân tố điều chỉnh các hoạt động sinh hoá), trong khi những chất khác thì quan trọng
đối với sự tích trữ thức ăn. Sự thiếu hụt bất kì một nguyên tố nào đều thể hiện ra với
những triệu chứng và đặc thù riêng, có thể cho ta biết là cây đang thiếu loại nguyên tố
nào.
1.2.2 Pha chế dung dịch trồng:
Trong thuỷ canh tất cả các chất cần thiết cung cấp cho cây đều được sử dụng dưới

dạng các muối khống vơ cơ được hồ tan trong dung mơi là nước.
Nếu sử dụng các môi trường dinh dưỡng với dạng nước thì phải nắm rõ nguyên
tắc pha chế để chúng khơng bị kết tủa làm mất tác dụng của hố chất.
Trong thuỷ canh, các muối khống sử dụng phải có độ hồ tan cao, tránh lẫn các
tạp chất. Mơi trường dinh dưỡng đạt yêu cầu cao khi có sự cân bằng về nồng độ ion


khống sử dụng trong mơi trường để đảm bảo độ pH ổn định trong khoảng từ 5.5-6.0, là
độ pH mà đa số cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt.
1.2.3 Độ pH:
Trong môi trường dinh dưỡng, độ pH rất quan trọng cho sự sinh trưởng và phát
triển của cây. Độ pH được tính dựa trên mức độ hoạt động của các nguyên tố khác nhau
với cây trồng. Dưới 5.5 thì khả năng hoạt động của P, K, Ca, Mg, Mo giảm đi rất nhanh,
trên 6.5 thì Fe và Mn lại trở nên bất hoạt.
Việc điều khiển pH của dung dịch rất quan trọng để ngăn chặn pH tăng lên quá
cao sẽ gây ra tình trạng kết tủa của Ca 3(PO4)2, gây nghẹt ống dẫn dung dịch và bám vào
quanh bộ rễ của cây. Để ngăn chặn pH tăng cao có thể sử dụng H 3PO4, HNO3 hoặc cũng
có thể sử dụng NH3.
Nếu pH xuống 5.5, KOH hay một số chất thích hợp khác có thể thêm vào dung
dịch để tăng pH lên. Nếu pH quá cao, H 3PO4 hay HNO3 có thể sử dụng. H3PO4 thường
được sử dụng nhiều hơn, vì nó bổ sung thêm PO 4 vào q trình trồng trọt, và tăng thêm
lượng khoáng chất cần thiết cho cây trồng.
Sự sinh trưởng của cây là một trong những nhân tố làm cho mơi trường trở nên
có tính acid hơn, vì trong q trình sống rễ giải phóng ra các acid hữu cơ và ion H +. Sự
thay đổi pH trong dung dịch dinh dưỡng thường xảy ra khá nhanh, phụ thuộc vào độ lớn
của hệ thống rễ và thể tích dinh dưỡng của một cây.
Trong thuỷ canh đa số các cây trồng thích hợp với mơi trường hơi acid đến gần
trung tính, pH tối ưu từ 5.8-6.5. Ở trong nuôi trồng thuỷ canh, pH được cân bằng bởi
hoạt động của cây. Nếu pH tăng khi đó cây sẽ thải ra các muối acid, nếu pH giảm xuống
thì cây sẽ thải ra các thành phần ion base, có thể làm giới hạn việc hấp thu các muối gốc

acid, nên rễ cây không cần thiết hấp thu.
1.2.4 Nhiệt độ:
Nhiệt độ của nước thích hợp để hịa tan các chất khống là 20-220C.


- Nếu pha nước với nhiệt độ cao sẽ khiến dinh dưỡng dễ bay hơi
- Nếu pha cùng nước ở nhiệt độ q thấp thì hóa chất rất khó tan, thời gian pha
chế cũng lâu hơn rất nhiều.
Dao động nhiệt độ trong môi trường dinh dưỡng ở thuỷ canh không chỉ tác động
đến pH mà còn ảnh hưởng đến độ hoà tan của các dưỡng chất. Thay đổi độ pH do nhiệt
độ cao sẽ gây ra tình trạng cây thiếu chất dinh dưỡng vì khơng hút được khống chất
trong dung dịch thủy canh. Nước khi bị đun nóng sẽ dẫn đến phản ứng hóa học điện ly
tách H2O thành H+ và OH- vì vậy cân bằng H+ trong nước làm tăng độ pH cao lên trong
dung dịch thủy canh. Nó sẽ gây ra hiện tượng mất cân bằng nồng độ axit và bazo ảnh
hưởng đến nồng độ quy định thích hợp cho sự phát triển của cây trồng.
1.2.5 Độ dẫn điện (EC) và độ phân hủy các muối khoáng (TDS):
Hai yếu tố cần được xét để nghiên cứu dung dịch bổ sung là:
+ Thành phần dung dịch
+ Nồng độ dung dịch
Trong thời gian sinh trưởng và phát triển của cây, cây sẽ sử dụng các chất dinh
dưỡng theo nhu cầu đòi hỏi của chúng. Đối với các loại cây sinh trưởng tương đối dài thì
việc bổ sung dinh dưỡng là rất cần thiết.
Trong nghiên cứu, có thể dựa vào giá trị của độ dẫn điện (EC: electroconductivity), sự phân huỷ các muối khoáng (TDS: toatl dissolved salts) hoặc nhân tố hoà
tan (CF: conductivity factor) của các máy đo để điều chỉnh bổ sung dinh dưỡng vào môi
trường thuỷ canh.
Ec để chỉ tính chất của mơi trường có thể truyền tải được dòng điện. Độ dẫn điện
của một dung dịch là sự dẫn dung dịch này được đo giữa những điện cực có bề mặt là
1cm2 ở khoảng cách 1cm, đơn vị tính là ms/cm, hoặc được thể hiện đơn vị ppm (part
per million) đối với những máy đo TDS.

Chỉ số EC chỉ diễn tả tổng nồng độ ion hồ tan trong dung dịch, chứ khơng thể
hiện được nồng độ của từng thành phần riêng biệt.
Trong suốt quá trình tăng trưởng cây hấp thu khoáng chất mà chúng cần, do vậy
duy trì EC ở một mức độ ổn định là rất quan trọng. Nếu dung dịch có chỉ số EC cao thì sự
hấp thu nước của cây diễn ra nhanh hơn sự hấp thu khoáng chất, hậu quả là nồng độ
dung dịch sẽ rất cao và gây độc cho cây, khi đó ta phải bổ sung thêm nước vào mơi
trường.
Ngược lại, nếu EC thấp sẽ hấp thu khống chất nhanh hơn hấp thu nước và khi đó
ta phải bổ sung thêm khoáng chất vào dung dịch.

Cẩm chướng
Địa lan
Hoa hồng
Cà chua
Xà lách
Xà lách xoong
Chuối
Dứa
Dâu tây
Ớt

EC (ms/cm)
2.4-5.0
0.6-1.5
1.5-2.4
2.4-5.0
0.6-1.5
0.6-1.5
1.5-2.4

2.4-5.0
1.5-2.4
1.5-2.4

TDS (ppm)
1400-2450
420-560
1050-1750
1400-3500
280-1260
280-1260
1260-1540
1400-1680
1260-1540
1260-1540

Bảng 2: Một số giới hạn EC và TDS đối với một số loại cây trồng

Nồng độ dinh dưỡng khống trung bình trong tồn cây thường ít hơn nồng độ
trong lá, vì vậy một dung dịch bổ sung căn bản phải dựa trên nồng độ các chất có trong
mơ lá mà chúng sẽ cung cấp cho thân, hạt và trái.
Thành phần dung dịch dinh dưỡng bổ sung thay đổi theo từng thời kỳ phát triển
của cây nhằm ngăn cản sự tích luỹ dinh dưỡng khống trong dung dịch. Chu trình sống
được chia thành 3 giai đoạn sau:
+ Giai đoạn đầu của sự phát triển cây
+ Giai đoạn phát triển: Trong suốt giai đoạn phát triển thân và lá phát triển như
nhau.


+ Giai đoạn trưởng thành: Lá phát triển tối thiểu, chất dinh dưỡng được tập trung

đưa vào trong hạt và trái.
Sự phát triển của rễ chủ yếu ở giai đoạn đầu và ít quan trọng hơn ở giai đoạn sau.
Trong suốt giai đoạn trưởng thành, rễ rất ít phát triển và gần như ngừng hẳn.
Bổ sung dung dịch được xác định bởi tỉ lệ thoát hơi nước. Sự thoát hơi nước
quyết định tỉ lệ tiêu thụ nước, sự phát triển quyết định tỉ lệ chất dinh dưỡng khoáng (sự
vận chuyển khoáng từ dung dịch sang cây). Ước lượng sự thoát hơi nước đối với sự phát
triển của cây trong môi trường thuỷ canh là 300-400kg nước/1kg sinh khối khô. Tỉ lệ
chính xác phụ thuộc vào độ ẩm khơng khí, độ ẩm khơng khí thấp sẽ làm tăng sự thốt
hơi nước nhưng không tăng sự phát triển. Lượng CO2 cao làm đóng khẩu và tăng q
trình quang hợp, chính vì vậy sự thốt hơi nước đến một tỉ lệ nào đó sẽ giảm xuống cịn
200kg nước/1kg sinh khối khơ.
Hiểu biết về tỉ lệ này sẽ rất có lợi trong việc quyết định nồng độ tương ứng cho
dung dịch bổ sung. Tổng nồng độ ion có thể duy trì bằng cách điều chỉnh tính dẫn điện
của dung dịch. Nếu tính dẫn điện gia tăng, cần làm loãng dung dịch bổ sung, nhưng
thành phần chất dinh dưỡng vẫn giữ nguyên. Tính dẫn điện không thay đổi nhanh cho
nên chỉ cần theo dõi vài lần trong tuần.
Sự vận chuyển của dinh dưỡng khoáng trong dung dịch
Các dinh dưỡng khống thiết yếu có thể đặt theo 3 nhóm sau dựa trên cách mà
chúng bị loại ra khỏi môi trường dinh dưỡng (do cây hấp thụ):
+ Nhóm 1: NO3, NH4, P, K, Mn các chất này được hấp thụ một cách chủ động nhờ
rễ và bị loại khỏi mơi trường trong vài giờ.
+ Nhóm 2: Mg, S, Fe, Zn, Cu, Mo, C các chất này được hấp thu ở mức trung bình
và bị loại khỏi mơi trường nhanh hơn nước.
+ Nhóm 3: Ca, B các chất này được hấp thu một cách thụ động và thường tích luỹ
trong dung dịch.


Một trong những khó khăn trong việc theo dõi và điều chỉnh từng loại ion là nồng
độ nhóm 1 phải được giữ ở mức thấp nhất nhằm ngăn cản sự tích luỹ chất độc trong mơ
thực vật. Tuy nhiên, nồng độ thấp thì rất khó theo dõi và điều chỉnh.

Nếu nồng độ chất dinh dưỡng cao thì điều này cho thấy cây cần thêm nước, do
đó cần thêm nước vào môi trường. Khi nồng độ chất dinh dưỡng giảm hơn mức cho
phép thì cây cần bổ sung dưỡng chất nhiều hơn nước. Việc bổ sung muối khống hay
nước cịn phụ thuộc vào mùa vụ gieo trồng. Nếu chỉ bổ sung nước mà khơng chú ý đến
bổ sung khống chất thì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm có thể làm giảm hương
vị của rau quả.
Trong đa số các loại cây thì nồng độ tổng cộng của các chất dinh dưỡng trong
khoảng từ 500-2000ppm để không làm ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào.
Tuy nhiên ở một số loại như cà chua, dâu tây cần nồng độ môi trường dinh dưỡng cao
khoảng 3500ppm, hoặc nồng độ dinh dưỡng có giá trị thấp như cải, xà lách xoong và giá
trị trung bình như dưa chuột.
1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường:
* Nồng độ CO2:
CO2 cùng H2O tham gia tổng hợp chất hữu cơ. Thành phần CO 2 trong khí quyển
tương đối ổn định khoảng 0.03% thể tích. CO 2 trong nước dạng hồ tan ở 00C là 0.5 cm3/l
- 240C là 0.2 cm3/l. Khi hàm lượng CO2 cao hơn ngưỡng thì một phần CO2 trở thành hoạt
hoá và kết hợp với carbonat chuyển thành dạng bicarbonat hoà tan làm tăng độ cứng
của nước.
* Ảnh hưởng của sự thống khí đến sự hút chất dinh dưỡng:
Nguồn O2 trong nước là do O2 khuếch tán từ khơng khí (nhờ gió) sự chuyển động
của nước. Các nghiên cứu cho thấy sự hút khống đạt mức cao nhất ở mơi trường có
nồng độ O2 từ 2-3%. Khi nồng độ O2 thấp hơn 2% thì tốc độ hút khống giảm. Nhưng nếu
tăng nồng độ O2 từ 3-100% thì tốc độ hút khống cũng khơng thay đổi.


* Ảnh hưởng của ánh sáng:
Ánh sáng ảnh hưởng mạnh đến sự hút khống. Ánh sáng cịn ảnh hưởng đến khả
năng hấp thu NH4, SO4 tăng mạnh, trong khi đó sự hấp thu Ca, Mg ít thay đổi. Nhìn chung
tác động của ánh sáng liên quan đến quá trình quang hợp, trao đổi nước và tính thẩm
thấu của chất nguyên sinh.

* Ảnh hưởng của nồng độ và tỉ lệ các ngun tố khống ở mơi trường đến sự hút
khống:
Tỉ lệ giữa các ion trong môi trường và mối liên quan giữa chúng với cường độ hút
khống, người ta thấy có ba hình thức tương quan giữa các ion: Đối kháng, hỗ trợ và
không ảnh hưởng lẫn nhau.
* Ảnh hưởng của các giá thể nuôi trồng thuỷ canh:
Giá thể để trồng cây phải có nhiều tính chất giống đất, phải là chỗ dựa cho hệ
thống rễ, tạo điều kiện cho rễ mọc dài ra để tìm nước và chất dinh dưỡng và phải là
phương tiện cung cấp O2, nước và dinh dưỡng cho sự sinh trưởng phát triển của cây;
không chứa các chất độc hại tới môi trường dinh dưỡng và độ pH của môi trường.
* Chất lượng nước:
Chất lượng nước thích hợp cho con người sử dụng thì sẽ thích hợp cho việc nuôi
trồng thuỷ canh. Nước máy hay nước giếng thơng thường có chứa một lượng đáng kể Ca
và Mg được gọi là nước cứng. SO42+ và Na+ thường làm tăng tính dẫn điện.
* Ảnh hưởng của nấm bệnh trong dung dịch thuỷ canh:
Nấm là loại bệnh nghiêm trọng gặp phải trong hệ thống thuỷ canh, rất hiếm khi
thấy bệnh, khi tất cả các phần trong hệ thống được giữ gìn sạch sẽ. Các nhà nghiên cứu
bệnh lý học thực vật cho rằng điều kiện vệ sinh như một phương thức diều khiển tốt
nhất.Nếu lượng Mn bị thiếu hụt sẽ làm cây dễ bị nhiễm nấm. Do đó cần tăng lượng Mn
cao hơn mức cần thiết của cây để giảm thiểu sự phát triển của nấm bệnh.
1.4 Giới thiệu về trí tuệ nhân tạo trong mơ hình hệ thống thủy canh:


Cơng nghệ AI (viết tắt của Artifical Intelligence) hay trí thông minh nhân tạo là
công nghệ mô phỏng các quá trình suy nghĩ và học tập của con người cho máy móc, đặc
biệt là các hệ thống máy tính. Các quá trình này bao gồm việc học tập (thu thập thông tin
và các quy tắc sử dụng thông tin), lập luận (sử dụng các quy tắc để đạt được kết luận gần
đúng hoặc xác định), và tự sửa lỗi. Các ứng dụng đặc biệt của AI bao gồm các hệ thống
chuyên gia, xử lý các ngôn ngữ tự nhiên, nhận dạng tiếng nói và thị giác máy tính (nhận
diện khn mặt, vật thể hoặc chữ viết), quản lý hệ thống…

Trong phương pháp thủy canh công việc pha chế dung dịch dinh dưỡng, thời gian
bơm tuần hồn, nhiệt độ mơi trường hay độ ẩm là những vấn đề gây thách thức và khó
khăn nhất khi áp dụng thực tiễn. Để giải quyết vấn đề đó chúng em đã áp dụng trí tuệ
nhân tạo vào hệ thống Iot thủy canh, dựa vào dữ kiệu thu thập từ các cảm biến, thuật
toán đã được lập trình sẽ đưa ra dự đốn về lượng mưa trong gian sắp tới để có thể tự
điều chỉnh thời gian bơm tuần hoàn.

Chương 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Phương pháp hồi quy logistic:
2.1.1 Giới thiệu mơ hình tuyến tính:
Hai mơ hình tuyến tính (linear models) Linear Regression và Perceptron Learning
Algorithm (PLA) có chung một dạng:
y=f ( wT x)

Trong đó f () được gọi là activation function, và x được hiểu là dữ liệu mở rộng với
x0 = 1 được thêm vào để thuận tiện cho việc tính tốn. Với linear regression thì f ( s )=s ,
với PLA thì f ( s )=sgn ( s ). Trong linear regression, tích vơ hướng w T x được trực tiếp sử


dụng để dự đoán output y , loại nà phù hợp nếu chúng ta cần dự đoán một giá trị thực
của đầu ra không bị chặn trên và dưới. Trong PLA, đầu ra chỉ nhận một trong hai giá trị 1
hoặc -1, phù hợp với các bài toán binary classification.
2.1.2 Giới thiệu về thuật toán hồi quy logistic:
Trong thống kê, mơ hình logistic (hoặc mơ hình logit) được sử dụng để mơ hình
xác suất của một lớp hoặc sự kiện nào đó tồn tại như 0 / 1, vượt qua / thất bại, thắng /
thua, sống / chết hoặc khỏe / ốm. Điều này có thể được mở rộng để mơ hình hóa một số
loại sự kiện như xác định xem một hình ảnh có chứa mèo, chó, sư tử, v.v. Mỗi đối tượng
được phát hiện trong hình ảnh sẽ được chỉ định xác suất từ 0 đến 1, với tổng một.
Hồi quy logistic là một mơ hình thống kê mà ở dạng cơ bản của nó sử dụng hàm

logistic để mơ hình biến phụ thuộc nhị phân, mặc dù tồn tại nhiều phần mở rộng phức
tạp hơn. Trong phân tích hồi quy, hồi quy logistic (hoặc hồi quy logit) đang ước tính các
tham số của mơ hình logistic (một dạng hồi quy nhị phân). Về mặt toán học, một mơ
hình logistic nhị phân có một biến phụ thuộc với hai giá trị có thể, chẳng hạn như pass /
fail được biểu thị bằng một biến chỉ báo, trong đó hai giá trị được gắn nhãn “0” và “1”.
Trong mô hình logistic, log-odds ( logarit của tỷ lệ cược ) cho giá trị được gắn nhãn “1” là
sự kết hợp tuyến tính của một hoặc nhiều biến độc lập; mỗi biến độc lập có thể là biến
nhị phân (hai lớp, được mã hóa bởi biến chỉ báo) hoặc biến liên tục (bất kỳ giá trị thực
nào). Xác suất tương ứng của giá trị được gắn nhãn “1” có thể khác nhau giữa 0 (chắc
chắn là giá trị “0”) và 1 (chắc chắn là giá trị “1”), do đó hàm chuyển đổi tỷ lệ cược log
thành xác suất là hàm logistic. Các đơn vị đo lường cho quy mô log-tỷ lệ cược được gọi là
một logit từ đơn vị hậu cần. Các mơ hình tương tự có hàm sigmoid khác thay vì chức
năng logistic cũng có thể được sử dụng, chẳng hạn như mơ hình probit; đặc điểm xác
định của mơ hình logistic là tăng một trong các biến độc lập nhân tỷ lệ với tỷ lệ cược của
kết quả đã cho ở một tốc độ không đổi , với mỗi biến độc lập có tham số riêng; đối với
một biến phụ thuộc nhị phân, điều này khái quát hóa tỷ lệ cược .


Hình 1: Logistic Regression

Trong mơ hình hồi quy logistic nhị phân, biến phụ thuộc có hai cấp độ (phân loại).
Các đầu ra có nhiều hơn hai giá trị được mơ hình hóa bằng hồi quy logistic đa thức và,
nếu nhiều loại được đặt hàng, bằng hồi quy logistic thứ tự (ví dụ mơ hình logistic tỷ lệ
cược tỷ lệ). Bản thân mơ hình hồi quy logistic chỉ đơn giản là mơ hình xác suất đầu ra
theo đầu vào và khơng thực hiện phân loại thống kê(nó khơng phải là một bộ phân loại),
mặc dù nó có thể được sử dụng để tạo một bộ phân loại, ví dụ bằng cách chọn một giá
trị ngưỡng và phân loại đầu vào với xác suất lớn hơn mức cắt là một lớp, bên dưới
ngưỡng khác; đây là cách phổ biến để tạo phân loại nhị phân . Các hệ số thường khơng
được tính bằng biểu thức dạng đóng, khơng giống như bình phương tối thiểu tuyến tính.
Hồi quy logistic như một mơ hình thống kê chung ban đầu được phát triển và phổ biến

chủ yếu bởi Joseph Berkson.
2.1.3 Mơ hình hồi quy logistic:
Đầu ra dự đoán của:


 Linear Regression
f ( x )=wT x

 PLA
f ( x )=sgn( x¿¿ T x )¿

Đầu ra dự đoán của logistic regression thường được viết chung dưới dạng:
f ( x )=θ (w T x)

Trong đó θ được gọi là logistic function. Một số activation cho mơ hình tuyến tính được
cho trong hình dưới đây:

Hình 2: Các activation function khác nhau

Đường màu vàng biểu diễn linear regression. Đường này không bị chặn nên khơng
phù hợp cho bài tốn này. Có một trick nhỏ để đưa nó về dạng bị chặn: cắt phần nhỏ
hơn 0 bằng cách cho chúng bằng 0, cắt các phần lớn hơn 1 bằng cách cho chúng bằng 1.
Sau đó lấy điểm trên đường thẳng này có tung độ bằng 0.5 làm điểm phân chia hai class,
đây cũng không phải là một lựa chọn tốt.