Aquaponics là một hệ thống tích hợp giữa Aquaculture (nuôi trồng thủy sản) và Hydroponics (thủy canh). Hệ thống aquaponics có nhiều kiểu dáng phù hợp với các điều kiện khí hậu cũng như kinh tế khác nhau, có thể nuôi các loài cá và trồng các loại rau khác nhau, phổ biến có 03 dạng: mô hình aquaponics tưới ngập xả cạn (Giá thể – MB – Media-Based), mô hình aquaponics nước cạn (NTF – Nutrient Film Technique) và mô hình aquaponics nước sâu (DWC – Deep Water Culture). Trong đó, mô hình aquaponics nước cạn NTF có nhiều ưu điểm phù hợp với việc nuôi trồng theo quy mô nhỏ trong hộ gia đình vì có thể phát triển theo chiều dọc, bố trí được nhiều tầng.
Mô hình hệ thống aquaponics nước cạn NFT được thiết kế gồm 01 bể nuôi cá kích thước 740x400x350mm, không gian phía trên bể cá được đặt 05 máng trồng cây dài 1100mm, mỗi máng khoét 06 lỗ để trồng cây. Trong hệ thống, công nghệ Internet vạn vật (Internet of Things – IoT) được ứng dụng để giám sát các thông số môi trường nước trong bể nuôi cá (nhiệt độ, độ pH, nồng độ oxy hòa tan) và môi trường không khí (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) xung quanh các máng trồng rau. Các thông số này được giám sát liên tục từ xa bằng điện thoại thông minh, đồng thời đưa ra cảnh báo khi các thông số vượt giá trị ngưỡng cài đặt. Các số liệu đo được có thể lưu trữ để phục vụ cho mục đích nghiên cứu.
Trong hệ thống giám sát, bộ điều khiển nhận tín hiệu từ các cảm biến và gửi các thông số lên Blynk server. Blynk server gửi lại các tín hiệu điều khiển cài đặt bởi người dùng để điều khiển máy bơm nước tuần hoàn và sục khí. Ở chế độ tự động, máy bơm nước tuần hoàn sẽ bật, bộ điều khiển sẽ so sánh giá trị nhận được từ cảm biến DO với giá trị DO cài đặt, từ đó phát tín hiệu bật hoặc tắt máy sục khí. Các thông số khác của hệ thống bao gồm độ pH, nhiệt độ nước, nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ rọi của ánh sáng cũng được thu thập liên tục và hiển thị trên giao diện Blynk trên máy tính hoặc điện thoại. Bộ điều khiển sẽ gửi bản tin cảnh báo đến người dùng khi các giá trị vượt ngưỡng cài đặt với thông tin cảnh báo dưới dạng popup trên điện thoại.
Giao diện giám sát, điều khiển từ xa các thông số môi trường hệ thống aquaponics NFT trên điện thoại thông minh được thiết kế dựa trên ứng dụng Blynk với 2 phần: các thông số giám sát gồm pH, mực nước, độ ẩm, nhiệt độ không khí và ánh sáng; bảng điều khiển thị giá trị DO, nhiệt độ nước và các nút bật/tắt sục khí và bơm nước.
Thông số môi trường hệ thống aquaponics NFT cũng có thể giám sát từ giao diện giám sát điều khiển từ xa trên máy tính thông qua Blynk web với giao diện trực quan và có khả năng lưu trữ dữ liệu của hệ thống.
Kết quả chạy thử nghiệm cho thấy các thông số môi trường bể nuôi cá và môi trường không khí hiển thị trên các giao diện giám sát của hệ thống có sai số khá nhỏ so với kết quả đo bằng máy đo chuyên dụng (sai số của nồng độ DO dao động trong khoảng 1%, độ pH là 2%). So với các mô hình aquaponics truyền thống hiện có trên thị trường, mô hình aquaponics tự động ứng dụng công nghệ IoT có khả năng giám sát từ xa, tuy có xuất hiện sai số do tốc độ truyền dữ liệu nhưng không đáng kể, gửi thông tin cảnh báo khi các thông số giám sát nằm ngoài ngưỡng cài đặt, đồng thời có thể lưu trữ dữ liệu dưới dạng bảng excel thuận tiện cho người quản lý.
Nghiên cứu đã ứng dụng thành công công nghệ IoT để giám sát các thông số môi trường cũng như các thiết bị trong hệ thống aquaponics, góp phần đưa việc sản xuất, canh tác nông nghiệp của Việt Nam tiến gần hơn tới nền nông nghiệp 4.0.