MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản đã đạt được những thành tựu đáng kể. Việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện đại đã giúp người nuôi nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản nói chung và nuôi cá công nghiệp nói riêng, việc áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại sẽ mang lại nhiều lợi ích, hiệu quả cho người nuôi trồng như: tăng năng suất, giảm nhân lực, tiết kiệm nước, chất lượng sản phẩm tốt, giảm giá thành, giảm ô nhiễm môi trường, ít rủi ro, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Theo tài liệu [2] thì ứng dụng tự động hóa trong nuôi cá công nghiệp có thể tiết kiệm được chi phí đầu tư, vận hành cũng như nâng cao được chất lượng sản phẩm, cụ thể: giảm khoảng 20% chi phí điện năng; giảm 50% chi phí nhân công; gia tăng 5-10% sản lượng do vật nuôi phát triển tốt hơn trong môi trường tốt hơn; loại bỏ rủi ro cá chết do sự cố môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá việc ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa trong nuôi cá công nghiệp còn rất hạn chế so với nhu cầu hiện nay. Đây cũng là một trong những lý do thúc đẩy các công trình nghiên cứu tích hợp công nghệ thông tin và tự động hóa trong lĩnh vực nuôi cá công nghiệp. Ở nước ta, đã phát triển thành công nhiều hệ thống nuôi cá nhân tạo, cụ thể như: Nuôi cá quả, nuôi cá chạch, nuôi cá tầm,… Tuy nhiên, để đạt được các ưu điểm vượt trội so với cách nuôi ao truyền thống, vấn đề đặt ra của bể cá công nghiệp cần được kiểm soát chặt chẽ về môi trường và điều kiện sống cho vật nuôi như: nguồn nước, nhiệt độ, điều kiện thức ăn, điều kiện vệ sinh, kiểm soát các loại bệnh.
Trong các vấn đề trên, việc cải thiện môi trường sống cho cá là yếu tố then chốt để nâng cao sản lượng, tiết kiệm chi phí về nguồn nước, kiểm soát điều kiện sống và dịch bệnh tốt hơn nhằm mang lại hiệu quả sản xuất cao và lợi ích kinh tế đáng kể. Đề tài này sẽ phát triển hệ thống điều khiển và giám sát một số thông số cho bể nuôi cá thông qua sóng Wifi và điện thoại, công nghệ này có nhiều ưu điểm như: quá trình giám sát có thể thực hiện ở mọi lúc và mọi nơi, có thể quan sát để biết được tình trạng bể nuôi với các thông số đo được. Ngoài ra đề tài phát triển thêm các hệ thống tự động hóa để điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức nước, điều khiển lọc tuần hoàn, điều khiển cấp thức ăn tự động… Đây là 1 các vấn đề cơ bản nhưng mang lại hiệu quả thiết thực trong quá trình nuôi cá ở thực tế. Mục tiêu Thiết kế được mô hình giám sát, điều khiển một số thông số cho bể nuôi cá với các tính năng: - Điều khiển được nhiệt độ, điều khiển mức nước cho bể cá.
- Lọc nước tuần hoàn cho bể cá. - Cho cá ăn tự động. - Giám sát môi trường nước trong bể cá công nghiệp như: độ PH, độ mặn. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.
Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống senso để giám sát một số thông số của bể cá - Hệ thống tự động điều khiển mức nước, nhiệt độ bể cá - Hệ thống lọc nước và cấp thức ăn tự động 3. Phạm vi nghiên cứu - Mô hình bể cá kích thước nhỏ hơn 1m3 - Điều khiển nhiệt độ bể cá trong khoảng từ 26 đến 30oC - Điều khiển mức nước từ 35 đến 40 cm - Các thiết bị tự động hóa cho bể cá. Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lý thuyết áp dụng cho bể nuôi cá - Phân tích và xây dựng mô hình - Phân tích nguyên lý hoạt động của mô hình - Xây dựng hệ thống thực nghiệm 5. Cách tiếp cận Nghiên cứu về nguyên lý làm việc của các thiết bị điều khiển và giám sát bể nuôi cá.
Trên cơ sở lý thuyết, lựa chọn và thiết kế mô hình hệ thống điều khiển và giám sát thông số bể nuôi. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: tìm hiểu tổng quan các vấn đề nghiên cứu, các ưu điểm nhược điểm và các vấn đề cần khắc phục của các bộ biến đổi hiện tại. - Phương pháp thực nghiệm: lựa chọn thiết bị phù hợp với mô hình, xây dựng hệ thống thực nghiệm để chứng minh kết quả nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 7.
Ý nghĩa khoa học. - Xây dựng cơ sở khoa học về việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát thông số môi trường bể nuôi thủy sản - Chứng minh hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa vào việc nuôi trồng thủy sản góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nuôi trồng thủy sản. Ý nghĩa thực tiễn. Việc ứng dụng hệ thống điều khiển, giám sát thông số môi trường bể nuôi thủy sản giúp giảm rủi ro cho quá trình nuôi.
Quan sát thông số điều kiện môi trường nước, phát hiện các yếu tố bất lợi cho môi trường nuôi nhằm mục đích phát hiện và điều chỉnh kịp thời. Đóng góp mới của đề tài Tạo ra mô hình bể nuôi cá có khả năng điều khiển và giám sát các thông số môi trường bể nuôi. Bên cạnh đó mô hình có thể sử dụng làm mô hình cho sinh viên ngành kỹ thuật điện học tập nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.
Tình hình nghiên cứu trong nước Hình 1. Mô hình bể nuôi công nghiệp Nuôi trồng thủy sản nói chung và nuôi cá trong môi trường nhân tạo nói riêng Việt Nam đang có nhiều cơ hội như: Nhu cầu các sản phẩm chế biến sẵn từ cá của thế giới đang ngày càng gia tăng [2]; Các sản phẩm từ cá nuôi là một trong các sản phẩm thủy sản có cơ hội phát triển lớn khi Việt Nam gia nhập TPP (Hiệp định thương mại xuyên thái bình dương) và các hiệp định thương mại khác [3]. Tuy nhiên ở Việt Nam, việc nuôi cá ở quy mô lớn đang còn phụ thuộc nhiều vào điều kiện thiên nhiên, việc kiểm soát chặt chẽ môi trường sống ở quy mô lớn còn rất hạn chế, hạ tầng chưa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật; phòng, chống dịch bệnh còn hạn chế, nhiều trường hợp gây thiệt hại lớn khi có biến động về môi trường [4]. Khi có tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng rất khó kiểm soát dịch bệnh, gây tổn thất nặng nề cho người nuôi cá.
Ở Việt Nam, việc áp dụng công nghệ nuôi cá công nghiệp còn nhiều hạn chế, mà các nguyên nhân chủ yếu do giá thành đầu tư tốn kém, do thói quen, hay chưa có các mô hình mẫu để học hỏi… Các hệ thống hiện tại chủ yếu sử dụng công nghệ của nước ngoài với giá thành cao. Các hệ thống xây dựng chưa được nghiên cứu và báo cáo hoàn chỉnh từ quy trình và công nghệ chế tạo khiến nhiều người khó có thể tiếp cận để học hỏi đưa vào thực tế. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 4 Mô hình nuôi cá công nghiệp trên thế giới luôn được quan tâm phát triển, đặc biệt là những nước có điều kiện khắc nghiệt. Việc này đã mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí trong việc nuôi cá công nghiệp dưới sự hỗ trợ của máy móc hiện đại.
Để làm được điều đó, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu hoàn chỉnh về hệ thống điều khiển giám sát nguồn nước nuôi cá, các hệ thống tự động hóa trong việc nuôi cá như: lọc tuần hoàn, xử lý ô nhiễm, cho ăn tự động, thu hoạch tự động [1]… Nhiều công trình nghiên cứu đã được ứng dụng thành công trong thực tế, điển hình ở các nước phát triển [4] như: Nhật Bản, Hoa Kỳ, Isarel… các công nghệ này tạo ra hiệu quả thiết thực với ý nghĩa thực tiễn trong việc nuôi cá thương phẩm, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên việc áp dụng ở quy mô lớn các công nghệ này ở các nước đang phát triển gặp nhiều khó khăn do vấn đề nhập khẩu các hệ thống thiết kế sẵn luôn có giá thành rất cao. Điều kiện môi trƣờng bể nuôi 1. Nước nuôi cá Vấn đề nguồn nước để nuôi cá chính là yếu tố quan trọng hàng đầu người nuôi cần lưu ý.
Tuy thuộc vào giống cá được nuôi mà sử dụng loại nước thích hợp. Nước nuôi cá có thể là nước ngọt, nước lợ, nước mặn. Nhưng đa số thì người nuôi thường chọn nuôi cá nước ngọt hơn. Vì cá nước ngọt thường dễ nuôi, và nguồn nước cũng dễ tìm hơn.
Vì vậy, các nội dung tiếp theo sẽ áp dụng cho các loại cá sử dụng nguồn nước ngọt là chủ yếu. Hầu hết nước dung cho bể cá hiện nay đều dùng nước sinh hoạt là nước máy. Do vậy, cần xử lý chất Clo rồi mới dùng để nuôi cá bằng cách để nước máy trong các dụng cụ chứa nước không có nắp đậy trên 24 giờ, để cho hơi clo tự bay hơi. Để tăng hiệu quả và giảm thời gian thì có thể đặt các dụng cụ chứa nước này ở nơi có nhiều ánh nắng và có thể thêm máy xủi oxi, hay sử dụng dung dịch khử clo có bán tại các cửa hàng khi cần nước gấp, hoặc không có thời gian trữ nước đã khử clo.
Nếu dung nước giếng nuôi cá cần chú ý nước giếng thường có PH thấp cỡ 4.5, cũng như hàm lượng oxi ít, thậm chí 1 số vùng có nước giếng bị nhiễm phèn nặng thì cần phải xử lý kỹ hơn. Để xử lý nước giếng nuôi cá, phải chứa nước giếng trong các bể chứa, kết hợp xủi oxi thật mạnh để tăng hàm lượng oxi và tăng pH. Có thể cho thêm san hô vụn vào hộp lọc để tăng 5 độ pH. Cách xử lý nước giếng bị nhiễm phèn: Ngoài việc xử lý như trên cần bỏ than hoạt tính vào bồn chứa nước.
Trung bình số lượng than chiếm 1/3 thể tích bồn chứa nước. Nuôi cá bằng nước mưa: Nước mưa mát sẽ kích thích cá bơi lội trong mua hè, tuy nhiên nước mưa có độ pH thấp nên cần xử lý như nước giếng và thêm các yếu tố khác. Tuy nhiên vì nước mưa làm cho hồ cá nhanh có tảo rêu nên bạn hạn chế sử dụng.