Original Title: Design of A Low-Cost Smart Irrigation System using LoRa wireless RF technology
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការរចនាប្រព័ន្ធស្រោចស្រពឆ្លាតវៃតម្លៃទាប ដោយប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាប្រេកង់វិទ្យុ (RF) ឥតខ្សែ LoRa

ចំណងជើងដើម៖ Design of A Low-Cost Smart Irrigation System using LoRa wireless RF technology

អ្នកនិពន្ធ៖ Taous H. (Laboratory of Energy, Embedded Systems and Information Processing, National School of Applied Sciences, Oujda, Morocco), Hadria R. (National Institute of Agronomic Research, Marrakech, Morocco), El Moussati A. (Laboratory of Energy, Embedded Systems and Information Processing, National School of Applied Sciences, Oujda, Morocco)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2021, AFRIMED AJ –Al Awamia

វិស័យសិក្សា៖ Agricultural Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ឯកសារនេះផ្តោតលើការដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមនៃសន្តិសុខស្បៀង និងការខ្វះខាតទឹក ដោយស្នើឡើងនូវប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងទឹកកសិកម្មប្រកបដោយភាពឆ្លាតវៃ និងនិរន្តរភាព (Smart and sustainable agricultural water management) ដើម្បីជួយកសិករឆ្លើយតបទៅនឹងការប្រែប្រួលអាកាសធាតុ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះបានរចនា និងសាកល្បងប្រព័ន្ធបច្ចេកវិទ្យាអ៊ីនធឺណិតនៃវត្ថុ (IoT) ដែលមានតម្លៃទាប ដោយរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាក្នុងដី ស្ថានីយអាកាសធាតុ និងម៉ាស៊ីនមេ ដើម្បីជួយសម្រួលដល់ការសម្រេចចិត្តក្នុងការស្រោចស្រព។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Proposed LoRa-based Smart Irrigation
ប្រព័ន្ធស្រោចស្រពឆ្លាតវៃដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យា LoRa
មានតម្លៃទាប ស៊ីភ្លើងតិចតួចបំផុត (សាកសមសម្រាប់តំបន់ដាច់ស្រយាល) និងអាចបញ្ជូនទិន្នន័យបានចម្ងាយឆ្ងាយ (រហូតដល់ 15km នៅតំបន់ជនបទ)។ អាចបញ្ជាការស្រោចស្រពដោយស្វ័យប្រវត្តិផ្អែកលើសំណើមដី និងទិន្នន័យអាកាសធាតុ។ ល្បឿននៃការបញ្ជូនទិន្នន័យមានកម្រិតទាប (អតិបរមា 50 Kbps) ដែលស័ក្តិសមតែសម្រាប់ទិន្នន័យសេនស័រតូចៗប៉ុណ្ណោះ។ ទាមទារការរៀបចំប្រព័ន្ធម៉ាស៊ីនមេ (Server) និង Gateway ជាមុន។ អាចរក្សាសំណើមដីលើសពី ១២% ដោយស្វ័យប្រវត្តិ និងមានកម្រិតស៊ីភ្លើងទាបបំផុតត្រឹមតែ 25nA នៅពេលប្រព័ន្ធស្ថិតក្នុងស្ថានភាពសម្រាក (Sleep mode)។
Traditional Manual Irrigation
ការស្រោចស្រពបែបប្រពៃណី ឬដោយដៃ
ងាយស្រួលអនុវត្ត មិនត្រូវការចំណេះដឹងផ្នែកបច្ចេកវិទ្យា ឬការវិនិយោគលើប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូនិចដំបូងឡើយ។ ខ្ជះខ្ជាយធនធានទឹកច្រើន ប្រើប្រាស់កម្លាំងពលកម្មច្រើន និងមិនអាចវាស់ស្ទង់តម្រូវការទឹកជាក់ស្តែងរបស់ដំណាំបានទេ។ នាំឱ្យប្រសិទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់ទឹកមានកម្រិតទាប និងអាចប៉ះពាល់ដល់ទិន្នផលដំណាំដោយសារការស្រោចទឹកមិនបានត្រឹមត្រូវ។
ZigBee / Wi-Fi based IoT Irrigation
ប្រព័ន្ធស្រោចស្រព IoT ប្រើប្រាស់បណ្តាញ ZigBee ឬ Wi-Fi
អាចបញ្ជូនទិន្នន័យបានលឿន (សម្រាប់ Wi-Fi) និងងាយស្រួលក្នុងការតភ្ជាប់ជាមួយឧបករណ៍វៃឆ្លាតផ្សេងៗដែលមានស្រាប់។ ZigBee មានចម្ងាយតភ្ជាប់ខ្លី ចំណែកឯ Wi-Fi ទាមទារថាមពលអគ្គិសនីច្រើន និងមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ទីវាលកសិកម្មធំៗដែលគ្មានបណ្តាញអគ្គិសនី។ មិនសូវមានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់តំបន់កសិកម្មទ្រង់ទ្រាយធំ ឬតំបន់ដាច់ស្រយាល បើប្រៀបធៀបជាមួយបច្ចេកវិទ្យា LoRa (យោងតាមការសិក្សាស្រាវជ្រាវមុនៗ)។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ប្រព័ន្ធនេះត្រូវបានរចនាឡើងដោយផ្តោតលើការចំណាយទាប និងការប្រើប្រាស់ថាមពលតិចតួចបំផុត ដោយប្រើប្រាស់គ្រឿងបន្លាស់អេឡិចត្រូនិចខ្នាតតូចដែលមានតម្លៃថោកនៅលើទីផ្សារ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅមជ្ឈមណ្ឌលស្រាវជ្រាវកសិកម្មប្រចាំតំបន់ Oujda ប្រទេសម៉ារ៉ុក (Morocco) ដែលមានអាកាសធាតុពាក់កណ្តាលស្ងួត (Semi-arid) ជាមួយនឹងប្រភេទដីល្បាប់ (Silty soil)។ ទិន្នន័យនេះអាចមានភាពលំអៀងទៅនឹងលក្ខខណ្ឌអាកាសធាតុ និងប្រភេទដីនៅទីនោះ។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ដែលមានអាកាសធាតុត្រូពិច និងប្រភេទដីចម្រុះ ការអនុវត្តប្រព័ន្ធនេះទាមទារឱ្យមានការកែតម្រូវ (Calibration) សេនស័រដីឡើងវិញ ដើម្បីធានាបាននូវភាពសុក្រឹតនៃការវាស់ស្ទង់សំណើម។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ប្រព័ន្ធនេះមានសក្តានុពលខ្ពស់ណាស់សម្រាប់វិស័យកសិកម្មនៅប្រទេសកម្ពុជា ជាពិសេសក្នុងការជួយកសិករខ្នាតតូច និងមធ្យមឱ្យប្រើប្រាស់ទឹកប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព និងចំណាយតិច។

ជារួម ការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យា LoRa អាចដោះស្រាយបញ្ហាខ្វះខាតបណ្តាញទំនាក់ទំនងនៅតាមតំបន់ជនបទកម្ពុជាបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព និងជំរុញការអភិវឌ្ឍកសិកម្មវៃឆ្លាត (Smart Agriculture) ឱ្យកាន់តែទូលំទូលាយ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាពីមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃបច្ចេកវិទ្យាប្រកបដោយថាមពលទាប: ស្វែងយល់ពីរបៀបដំណើរការរបស់បណ្តាញ LoRaWAN និងការសរសេរកូដបញ្ជាមីក្រូកុងត្រូល័រ ESP32 ជាមួយម៉ូឌុលរលកសញ្ញា SX1276 សម្រាប់ការបញ្ជូនទិន្នន័យចម្ងាយឆ្ងាយ។
  2. សាកល្បងដំឡើងប្រព័ន្ធសេនស័រខ្នាតតូចក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍: រៀបចំតភ្ជាប់សេនស័រវាស់សំណើមដី សីតុណ្ហភាព និងអាកាសធាតុ ដោយភ្ជាប់ជាមួយកុំព្យូទ័រខ្នាតតូច ឬម៉ាស៊ីនមេក្នុងស្រុក (Local Server) ដើម្បីប្រមូលទិន្នន័យសាកល្បង។
  3. អភិវឌ្ឍកម្មវិធីគ្រប់គ្រងទិន្នន័យខាងក្រោយម៉ាស៊ីន (Backend): ប្រើប្រាស់ភាសា Python និង Django framework ដើម្បីបង្កើតផ្ទាំងគ្រប់គ្រង (Dashboard) និងតភ្ជាប់មូលដ្ឋានទិន្នន័យ MySQL ដើម្បីរក្សាទុក និងវិភាគទិន្នន័យ។
  4. អនុវត្ត និងកែតម្រូវ (Calibration) នៅលើដីជាក់ស្តែង: យកប្រព័ន្ធទៅសាកល្បងនៅតាមកសិដ្ឋានខ្នាតតូចក្នុងស្រុក ដោយធ្វើការកែតម្រូវសេនស័រទៅតាមប្រភេទដីកសិកម្មនៅកម្ពុជា (ដូចជាដីឥដ្ឋ ដីខ្សាច់ ឬដីល្បាយ) ឱ្យបានត្រឹមត្រូវមុននឹងប្រើប្រាស់ផ្លូវការ។
  5. សិក្សាពីគំរូគណនាតម្រូវការទឹក: អនុវត្ត និងសរសេរកូដបញ្ចូលរូបមន្ត Penman-Monteith ទៅក្នុងប្រព័ន្ធ ដើម្បីគណនារំហួតទឹកយោង (ET0) ឱ្យស្របតាមទិន្នន័យអាកាសធាតុប្រចាំតំបន់នៅកម្ពុជា ដើម្បីធ្វើស្វ័យប្រវត្តិកម្មនៃការបូមទឹក។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
LoRa (Long Range) វាគឺជាបច្ចេកវិទ្យាទំនាក់ទំនងរលកសញ្ញាវិទ្យុ (RF) ឥតខ្សែដែលត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីបញ្ជូនទិន្នន័យបានចម្ងាយឆ្ងាយ (រហូតដល់១៥គីឡូម៉ែត្រនៅតំបន់ជនបទ) ដោយប្រើប្រាស់ថាមពលថ្មតិចតួចបំផុត ដែលអនុញ្ញាតឱ្យសេនស័រដំណើរការបានច្រើនឆ្នាំដោយមិនបាច់ប្តូរថ្មញឹកញាប់។ ប្រៀបដូចជាការប្រើឧបករណ៍បំពងសំឡេងតូចមួយដែលអាចស្រែកប្រាប់ព័ត៌មានខ្លីៗទៅកាន់អ្នកដែលនៅឆ្ងាយរាប់គីឡូម៉ែត្រ ដោយមិនបាច់ប្រើកម្លាំងបំពង់កច្រើន។
Reference Evapotranspiration (ET0) ជារង្វាស់នៃបរិមាណទឹកសរុបដែលបានបាត់បង់ពីផ្ទៃដីតាមរយៈការរំហួត (Evaporation) និងការបញ្ចេញញើសពីស្លឹករុក្ខជាតិ (Transpiration)។ ប្រព័ន្ធនេះប្រើទិន្នន័យនេះដើម្បីគណនាថាតើត្រូវផ្តល់ទឹកប៉ុន្មានត្រលប់ទៅដីវិញដើម្បីប៉ះប៉ូវការបាត់បង់នោះ។ ដូចជាការវាស់ថាតើអ្នកកីឡាករបែកញើសអស់ទឹកប៉ុន្មានលីត្រពេលហាត់ប្រាណ ដើម្បីដឹងថាត្រូវផឹកទឹកបំពេញវិញប៉ុន្មានកែវទើបគ្រប់គ្រាន់។
Volumetric Water Content (VWC) គឺជាអត្រាភាគរយនៃបរិមាណទឹកដែលមានផ្ទុកនៅក្នុងមាឌដីសរុប។ កម្រិតនេះត្រូវបានវាស់ជាប្រចាំដោយសេនស័រ ដើម្បីផ្តល់សញ្ញាប្រាប់ប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រឱ្យបញ្ជាបើកម៉ាស៊ីនបូមទឹកនៅពេលដែលភាគរយនៃសំណើមដីធ្លាក់ចុះក្រោមកម្រិតកំណត់ (ឧទាហរណ៍៖ ក្រោម ១២%)។ ប្រៀបដូចជាការវាស់បរិមាណទឹកដែលជ្រាបចូលក្នុងអេប៉ុងលាងចាន ថាតើវាមានទឹកប៉ុន្មានភាគរយធៀបនឹងទំហំអេប៉ុងទាំងមូល។
Penman-Monteith គឺជាគំរូរូបមន្តគណិតវិទ្យាស្តង់ដាររបស់អង្គការ FAO ដែលដំណើរការដោយយកទិន្នន័យអាកាសធាតុច្រើនមុខ (សីតុណ្ហភាព សំណើម ល្បឿនខ្យល់ ពន្លឺព្រះអាទិត្យ) មកគណនារកកម្រិតរំហួតទឹក (ET0) ប្រចាំថ្ងៃប្រកបដោយភាពសុក្រឹតខ្ពស់បំផុតសម្រាប់ការស្រោចស្រព។ ដូចជារូបមន្តធ្វើនំមួយដែលត្រូវការថ្លឹងថ្លែងគ្រឿងផ្សំច្រើនមុខ (កម្តៅ ខ្យល់ សំណើម) ដើម្បីទស្សន៍ទាយឱ្យច្បាស់ថាទឹកនឹងហួតអស់ប៉ុន្មានពីក្នុងខ្ទះ។
Soil Electrical Conductivity ជារង្វាស់នៃសមត្ថភាពរបស់ដីក្នុងការចម្លងចរន្តអគ្គិសនី ដែលកសិករនិងអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រប្រើប្រាស់ដើម្បីប៉ាន់ស្មានកម្រិតជាតិប្រៃ (Salinity) ឬបរិមាណជីដែលរលាយនៅក្នុងដី ព្រោះសារធាតុអំបិលនិងរ៉ែធ្វើឱ្យទឹកក្នុងដីចម្លងភ្លើងបានល្អ។ ប្រៀបដូចជាការយកខ្សែភ្លើងទៅជ្រលក់ក្នុងទឹកស៊ុប ដើម្បីដឹងថាទឹកនោះប្រៃឬសាប ដោយការវាស់ថាតើវាមានសមត្ថភាពចម្លងភ្លើងខ្លាំងកម្រិតណា។
Gateway គឺជាឧបករណ៍ផ្លូវកណ្តាលនៅក្នុងបណ្តាញ IoT ដែលដើរតួជាអ្នកបកប្រែ និងបញ្ជូនបន្ត ដោយទទួលទិន្នន័យតាមរលកសញ្ញាវិទ្យុ (LoRa) ពីសេនស័រនៅតាមចម្ការ រួចបំប្លែងនិងបញ្ជូនបន្តទៅកាន់ប្រព័ន្ធអ៊ីនធឺណិត (Wi-Fi) ដើម្បីឱ្យម៉ាស៊ីនមេ (Server) អាចរក្សាទុកនិងយល់បាន។ ប្រៀបដូចជាអ្នកបកប្រែភាសាដែលស្តាប់ភាសាអ្នកស្រុក (LoRa) រួចបកប្រែនិងនិយាយបន្តទៅកាន់ភ្ញៀវបរទេសតាមទូរស័ព្ទ (Internet)។
Solenoid valve គឺជាវ៉ាល់បិទបើកទឹកអគ្គិសនីដែលប្រើប្រាស់កម្លាំងម៉ាញេទិកនៃចរន្តអគ្គិសនី ដើម្បីទាញរ៉ឺស័ររារាំងទឹក។ នៅក្នុងប្រព័ន្ធនេះ វាដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការបើក ឬបិទទឹកដោយស្វ័យប្រវត្តិភ្លាមៗនៅពេលទទួលបានចរន្តបញ្ជាពីមីក្រូកុងត្រូល័រ។ ដូចជាក្បាលរ៉ូប៊ីនេទឹកវេទមន្តដែលអាចវិលបើក ឬបិទដោយខ្លួនឯងនៅពេលដែលយើងចុចប៊ូតុងតេឡេបញ្ជាពីចម្ងាយ។
LoRaWAN គឺជាពិធីការបណ្តាញ (Network Protocol) ដែលគ្រប់គ្រងច្បាប់ទម្លាប់នៃការតភ្ជាប់ ធានាសុវត្ថិភាព និងរៀបចំរបៀបដែលឧបករណ៍សេនស័រ LoRa ជាច្រើនម៉ឺនគ្រឿងអាចទាក់ទងគ្នា និងបញ្ជូនទិន្នន័យទៅកាន់កុំព្យូទ័រមេដោយមិនជាន់សេវាគ្នា។ ប្រៀបដូចជាច្បាប់ចរាចរណ៍និងប៉ូលីសចរាចរណ៍ ដែលរៀបចំសណ្តាប់ធ្នាប់ឱ្យរថយន្តតូចៗរាប់ពាន់គ្រឿង (ទិន្នន័យ) ធ្វើដំណើរទៅកាន់គោលដៅដោយសុវត្ថិភាពនិងមិនបុកគ្នា។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖