HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN VI KHÍ HẬU CHO TRỒNG, ƯƠM GIỐNG CÂY SAU KHI NUÔI CẤY MÔ BẰNG PHƯƠNG PHÁP INVITRO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

Cây giống được tạo bằng công nghệ nuôi cấy mô Invitro trong phòng thí nghiệm trước khi đưa trồng đại trà, cần quá trình ươm để cây phát triển đạt mức yêu cầu và thích nghi với môi trường tự nhiên. Quy trình đưa các cây giống được nuôi cấy mô ra vườn ươm đòi hỏi sự quan tâm một cách chi tiết về điều kiện môi trường và giá thể. Các thông số này cần rất cụ thể và chính xác để cây giống đạt tỉ lệ sống cao, sinh trưởng và phát triển tốt, sau thời gian xác định đạt tiêu chuẩn cây giống xuất vườn.
Để có thể bảo tồn và phát triển nguồn gen các giống cây quý, hiếm, giá trị cao của Việt Nam, các nghiên cứu về lĩnh vực này đều rất cần có hệ thống vi khí hậu có thể giám sát, điều khiển được các thông số môi trường để nghiên cứu, thử nghiệm đưa ra được quy trình tối ưu với các thông số chi tiết, thời gian cụ thể.
Nhằm đáp ứng mục tiêu trên, Trung tâm Công nghệ Vi điện tử và Tin học (IMET) đã triển khai “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát, quản lý và điều khiển các thông số môi trường phục vụ cho các quá trình ươm cây giống sau nuôi cấy mô”. Kết quả của nghiên cứu là một hệ thống nhà màng thông minh, bởi sự tích hợp các công nghệ tiên tiến của lĩnh vực Công nghệ Thông tin – Tự động hóa để tạo ra môi trường vi khí hậu tốt nhất cho các thí nghiệm ươm giống cây được tạo ra bởi phương pháp invitro ở trong phòng thí nghiệm.

Khu vườn thực nghiệm trồng Hoa Lan đã được lắp đặt tại Bần – Yên Nhân, tỉnh Hưng Yên (là nơi có khí hậu đặc trưng của vùng Bắc Bộ, Việt Nam gồm có 4 mùa riêng biệt, thời tiết và nhiệt độ, ánh sáng giữa ngày đêm và giữa các mùa có sự thay đổi nhanh, khó dự đoán). Nhà màng 400m2 đang được thực hiện cho nghiên cứu, xây dựng quy trình ươm cây Nghệ trắng.

 Hệ thống nhà màng thông minh trên được thiết kế gồm 4 phân hệ: khối thu thập dữ liệu; khối giao tiếp; khối xử lý trung tâm; khối cơ cấu chấp hành; khối giao diện người dùng.

Khối thu thập dữ liệu bao gồm mô-đun cảm biến, mô-đun camera trong đó mô-đun cảm biến nhận dữ liệu từ các cảm biến môi trường gồm có các thông số: nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, nồng độ khí CO2, O2, NH3 phục vụ cho mục đích hiển thị các thông số nhà màng theo thời gian thực và dựa vào các thông số đó hệ thống đưa ra điều chỉnh thích hợp dựa theo kịch bản được xác lập sẵn và đưa ra cảnh báo đến người dùng trong trường hợp các chỉ số đạt ngưỡng cảnh báo cần đến sự can thiệp trực tiếp từ phía người dùng. Ngoài ra các thông số về giá thể như: nhiệt độ, độ ẩm, độ dẫn điện, pH, N, P, K cung cấp thông tin về dinh dưỡng của giá thể, phục vụ cho mục đích phân tích tình trạng phát triển của cây trồng, giúp đưa ra quy trình thích hợp nhất cho cây trồng.

Hệ thống camera giám sát online

Đầu vào cho hệ thống AI bao gồm các camera với độ phân giải cao đặt tại các vị trí cố định ở trong nhà màng để giám sát toàn cảnh, Ngoài ra, các camera giám sát cận cảnh cây sẽ định kỳ ghi nhận ảnh của cây trồng với tần suất tùy chọn, phụ thuộc vào thời điểm phát triển của cây.

Khối giao tiếp bao gồm gateway chuẩn giao tiếp RS485, truyền thông tin, ảnh từ khối tiếp nhận dữ liệu tới cơ sở dữ liệu (CSDL) qua mạng dây – Ethernet hoặc 4G với vai trò bảo vệ, duy trì kênh giao tiếp giữa cảm biến, camera và cơ sở dữ liệu; ngoài tính bảo mật, Khối giao tiếp còn duy trì tính thống nhất giữa cảm biến, camera và các trường thông tin ở trong CSDL.

Khối xử lý trung tâm bao gồm CSDL (lưu trữ và truy xuất), bộ xử lý trung tâm (phân tích, đánh giá). CSDL xây dựng dựa trên MS-SQL gồm các trường thông tin theo thời gian về giá trị, trạng thái nhận được từ cảm biến và tổng hợp dưới dạng các bản ghi; trường thông tin về nhà màng; trường thông tin của người dùng. Bộ xử lý trung tâm là máy tính sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) ở đây là Mạng Nơron học sâu (Deep learning Network) với đầu vào là các thông số môi trường, ảnh thu nhận từ camera, tình trạng của cây trồng sau khi đã lọc nhiễu (noise), đẩu ra là quy trình phát triển của cây trồng, lệnh điều chỉnh thông số xuống khối cơ cấu chấp hành. Ngoài ra, thị giác máy tính cũng được dùng trong đo chiều cao của cây, độ rộng của lá cây, đếm số lá cây.

Sơ đồ khối điều khiển trung tâm

 Khối cơ cấu chấp hành gồm có các rơ le điều khiển nhận lệnh trực tiếp từ bộ điều khiển trung tâm để điều khiển tự động và bán tự động hệ thống tưới tiêu, che nắng, thông gió ở trong nhà màng.

Khối điều khiển cơ cấu chấp hành

 Khối giao diện người dùng: qua giao diện web hoặc ứng dụng trên điện thoại di động hiển thị các thông tin theo thời gian thực, cảnh báo tới người sử dụng; điều khiển khối cơ cấu chấp hành; đưa ra phân tích về nhà màng và cây trồng thông qua dạng bảng, biểu đồ.

Hệ thống tưới nước và dinh dưỡng

Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu trong trong lĩnh vực AI đang được IMET tích hợp để phân tích, đánh giá sự phát triển của cây được ươm trong nhà màng một cách tự động bằng các công nghệ Thị giác máy. AI sẽ định kỳ xác định chiều cao cây, độ rộng tán, màu sắc lá, số lá, diện tích lá…phục vụ cho người nghiên cứu đưa ra quy trình và các tham số môi trường tối ưu đối với mỗi loại cây ươm.

DANH MỤC LINH KIỆN THIẾT BỊ CHỦ YẾU CHO HỆ THỐNG

Nguồn: Phòng Công nghệ Thông tin