Thiết bị giám sát và cảnh báo các thông số của nguồn nước trong nông nghiệp dùng để giám sát, cảnh báo độ pH, độ mặn và nhiệt độ của nguồn nước. Khi các thông số nước thay đổi ngoài phạm vi cho phép, thiết bị sẽ gửi thông báo cảnh báo trực tiếp đến điện thoại di động của người nông dân, giúp họ kịp thời đưa ra giải pháp để hạn chế ảnh hưởng đến cây trồng, vật nuôi trong khu vực.
Thiết bị cảnh báo và giám sát nguồn nước tự động của em học sinh Nguyễn Thái Gia An
Đây chính là thành quả của em Nguyễn Thái Gia An (học sinh lớp 10A5 trường THPT Nguyễn Trãi) và giáo viên hướng dẫn - Thạc sĩ. Trần Văn Nguyên (giáo viên môn Vật Lý trường THPT Nguyễn Trãi).
Em học sinh cho hay: “Em luôn cảm thấy háo hức mỗi khi được tìm hiểu những điều mới mẻ trong khoa học. Em mong muốn được nghiên cứu không chỉ để thỏa mãn sự tò mò của bản thân mà còn để tìm ra những giải pháp hữu ích giúp cuộc sống của mọi người trở nên tốt hơn.”
“Trong tương lai, em muốn tiếp tục hoàn thiện và mở rộng khả năng của thiết bị giám sát nguồn nước tưới tiêu mà mình đã xây dựng. Sau khi ứng dụng cảm biến, IoT và phân tích dữ liệu vào hệ thống nhằm nâng cấp thiết bị theo hướng hoạt động ổn định hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và phù hợp với nhiều mô hình canh tác khác nhau.”
Theo chia sẻ, thiết bị cảnh báo và giám sát nguồn nước tự động sở hữu nhiều ưu điểm nổi trội: Cải thiện năng suất cây trồng, đặc biệt là cây lúa; Giảm thiểu rủi ro do xâm nhập mặn và ô nhiễm nước; Tiết kiệm thời gian và chi phí; Dễ sử dụng và phù hợp với điều kiện thực tế; Góp phần phát triển nông nghiệp bền vững; Đóng góp vào sự phát triển kinh tế địa phương và Tăng cường quản lý và giám sát môi trường.
Trải qua một thời gian nghiên cứu, thầy và trò đã tạo ra hệ thống hoàn chỉnh với nguyên tắc hoạt động: Pin năng lượng mặt trời sẽ chuyển hóa quang năng thành điện năng, điện áp 12V DC lấy ra từ pin năng lượng mặt trời sẽ cung cấp cho cách mạch và module giảm áp cùng các cảm biến hoạt động. Khi các thông số của nước có sự thay đổi vượt khoảng quy định đã cài đặt trước, nghĩa là nguồn nước không đạt tiêu chuẩn để canh tác trong nông nghiệp, các cảm biến nhiệt độ, độ pH, độ mặn lập tức gửi tín hiệu liên tục, hiển thị trên màn hình LCD, mạch vi xử lý Arduino gửi thông báo về thiết bị. Khi nước đã đạt tiêu chuẩn cài đặt cho trước, các thông số bình thường, cảm biến dừng việc gửi tín hiệu cảnh báo, hiển thị lên LCD, Arduino gửi lại những thông tin đó về thiết bị.
Ví dụ thực tiễn về kết quả hoạt động của thiết bị cảnh báo và giám sát nguồn nước tự động tại ấp Cầu Ngang, Xã Cần Đước, Tỉnh Tây Ninh cho thấy sự biến động giữa các ngày chủ yếu chịu ảnh hưởng của thời tiết, mưa – nắng và quá trình trao đổi nước trong ao.
Kết quả đo đạc tại ấp Cầu Ngang, Xã Cần Đước, Tỉnh Tây Ninh
Khi khảo sát trong trong 3 ngày (12/10; 19/10 và 26/10) ở khu vực sông Cần Giuộc chảy qua địa phận xã Cần Đước thu được kết quả: Nhiệt độ dao động từ 29 - 42 độ c, độ pH trung bình 6,63 và độ mặn trung bình 2132,30 ppm. Từ số liệu trên cho thấy, tuy đang trong giai đoạn mùa mưa nhưng độ mặn khu vực này tương đối cao mặc dù nhiệt độ cũng như độ pH tương đối ổn định. Dự đoán vào mùa khô năm sau, khu vực sẽ chịu ảnh hưởng rất lớn đặc biệt đến cây trồng và vật nuôi khu vực, người dân nên chủ động có những biện pháp ứng phó cho mùa hạn hán sắp tới.
Theo chia sẻ của chú Nguyễn Văn Cần: “Tôi hiện tại nuôi tôm trong vuông, mỗi lần đo đạc phải sử dụng cách đo thủ công, tôi thấy thiết bị đo đạc của cháu An rất có ích, đo đạc chính xác, nhanh chóng mà lại không cần phải đến trực tiếp để lấy mẫu đo mà chỉ cần thả thiết bị đo trong vuông nuôi tôm là có thể theo dõi 24/24 thông số của nước, tôi thấy rất tiện lợi”.
Qua đề tài nghiên cứu lần này đã đạt được một số kết quả:
- Đề tài đã nghiên cứu cách lắp đặt và sử dụng điện NLMT vào thiết bị. Đã nghiên cứu và viết được phần mềm riêng cho việc sử dụng thiết bị để dễ dàng tùy chỉnh và theo dõi mà không bị ràng buộc bởi các bên thứ ba. Dễ dàng hơn trong việc thương mại hóa sản phẩm. Đã nghiên cứu và viết được chương trình điều khiển Arduino, các cảm biến hoạt động cho ra các chỉ số nhiệt độ, độ mặn, độ pH lên màn hình LCD và về thiết bị. Hệ thống này sử dụng điện mặt trời.
- Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào việc nâng cao hiệu quả kinh tế đạt được khi canh tác nông nghiệp, áp dụng thành công IoT. Sử dụng năng lượng mặt trời mang tính bền vững, ổn định và khả năng tái tạo cao, giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và tác động xấu đến hệ sinh thái xung quanh.
- Đề tài đã đo đạc cụ thể các chỉ số nhiệt độ, độ mặn, độ pH trên ruộng đất ngập mặn tỉnh Long An (cũ) từ đó đo ra kết luận về môi trường nước hiện tại trong hồ, cũng như phản ánh sự tương thích một số loài thuỷ sản hiện đang có từ đó định hướng cho nông dân có chiến lược nuôi trồng, bảo vệ cũng như có hướng xử lý phù hợp.
- Góp phần thêm vào việc thúc đẩy sự phát triển công nghệ thông tin của giới trẻ.
Thầy Trần Văn Nguyên - Giáo viên hướng dẫn chia sẻ: “An rất chăm chỉ, chịu khó tìm tòi nghiên cứu về công nghệ mới, đam mê nghiên cứu khoa học. Trong quá trình nghiên cứu, em đã chủ động và chịu khó lên mạng tìm hiểu thêm thông tin để có một bài báo cáo hoàn chỉnh nhất”.
Trong tương lai, An sẽ dự thi hội thi sáng tạo kỹ thuật cấp trường rồi đến cấp tỉnh của học sinh THCS, THPT năm học 2025 - 2026.
