Điều khiển và giám sát hệ thống tưới nước cho cây trồng

Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển và giám sát hệ thống tưới nước cho cây trồng - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Võ Quang Phát
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Lâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử
• Đề tài: Điều khiển và giám sát hệ thống tưới nước cho cây trồng
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống tưới nước cho cây trồng ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Biến đổi khí hậu tạo ra áp lực lớn đối với ngành nông nghiệp hiện đại. Nguồn tài nguyên nước ngọt ngày càng khan hiếm. Phương pháp tưới thủ công truyền thống gây lãng phí nước và tốn nhiều nhân công. Nông nghiệp công nghệ cao đòi hỏi quy trình cấp nước chính xác. Đề tài điều khiển và giám sát hệ thống tưới nước cho cây trồng tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM giải quyết triệt để vấn đề này. Nghiên cứu do sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử thực hiện dưới sự hướng dẫn chuyên môn từ bộ môn Điện Công nghiệp. Đồ án tập trung xây dựng mô hình tưới tiêu tự động khép kín. Hệ thống tích hợp bộ điều khiển lập trình công nghiệp PLC, màn hình giao diện HMI và các module cảm biến môi trường. Thiết bị cho phép thu thập dữ liệu độ ẩm đất và nhiệt độ không khí theo thời gian thực. Hệ thống xử lý thông tin nhanh chóng. Các lệnh đóng ngắt máy bơm và van điện từ diễn ra hoàn toàn tự động. Mô hình đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe. Độ bền thiết bị cao. Hệ thống vận hành ổn định trong môi trường thực địa khắc nghiệt. Toàn bộ thông số hoạt động được lưu trữ và hiển thị trực quan. Người quản lý dễ dàng theo dõi tình trạng cây trồng từ xa. Giải pháp mở ra hướng đi bền vững cho nông nghiệp thông minh.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu đồ án tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Mục tiêu trọng tâm của đề tài là xây dựng hệ thống tưới cây tự động hoàn chỉnh. Đồ án áp dụng kiến thức chuyên sâu về điều khiển tự động và điện công nghiệp. Hệ thống đảm bảo hai chế độ vận hành linh hoạt gồm tự động và thủ công. Thiết bị đo đạc liên tục các thông số môi trường đất và không khí. PLC xử lý dữ liệu và so sánh với ngưỡng cài đặt chuẩn. Máy bơm và van tưới nhận tín hiệu điều khiển trực tiếp từ module ngõ ra. Nghiên cứu hướng tới việc kiểm soát chính xác lưu lượng nước cho từng giai đoạn sinh trưởng của cây. Dự án cũng đánh giá khả năng ứng dụng thực tế của mô hình trong sản xuất nông nghiệp quy mô vừa và nhỏ.

1.2. Vai trò của công nghệ tự động hóa trong tưới tiêu

Công nghệ tự động hóa giữ vai trò then chốt trong canh tác nông nghiệp hiện đại. Việc áp dụng bộ điều khiển lập trình giúp loại bỏ hoàn toàn sai số do con người. Thiết bị cảm biến ghi nhận độ ẩm tức thời của đất trồng. Hệ thống chỉ kích hoạt chu trình tưới khi độ ẩm xuống dưới ngưỡng cho phép. Cây trồng luôn duy trì điều kiện sinh trưởng lý tưởng. Lượng nước cấp vào ruộng vườn giảm thiểu đáng kể so với tưới tràn. Điện năng tiêu thụ của máy bơm được tối ưu hóa. Năng suất cây trồng tăng rõ rệt nhờ độ ẩm ổn định. Mô hình tự động hóa giải phóng sức lao động nông nghiệp.

II. Thách thức trong giám sát hệ thống tưới nước cho cây trồng

Nông nghiệp truyền thống bộc lộ nhiều điểm hạn chế nghiêm trọng. Phương thức tưới thủ công phụ thuộc hoàn toàn vào cảm quan người nông dân. Lượng nước tưới thường không đồng đều trên toàn bộ diện tích gieo trồng. Tình trạng ngập úng hoặc thiếu nước cục bộ xảy ra thường xuyên. Cây trồng dễ nhiễm bệnh nấm mốc hoặc thối rễ khi đất ngập nước kéo dài. Ngược lại, thiếu nước làm gián đoạn quá trình trao đổi chất của cây. Chi phí nhân công vận hành hệ thống tưới truyền thống ngày càng tăng cao. Năng suất lao động nông nghiệp sụt giảm. Bên cạnh đó, các hệ thống hẹn giờ tưới cơ học đơn giản thiếu tính linh hoạt. Bộ định thời gian không thể cảm nhận sự thay đổi của thời tiết. Trời mưa to nhưng máy bơm vẫn hoạt động gây lãng phí tài nguyên nước. Đất khô hạn vào những ngày nắng gắt lại không được cấp ẩm kịp thời. Nguồn dữ liệu nông nghiệp không được lưu trữ tập trung. Người quản lý thiếu cơ sở khoa học để tối ưu hóa quy trình chăm sóc. Môi trường nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam cũng gây hư hại nhanh cho các thiết bị điện tử dân dụng. Hệ thống tưới cần giải pháp công nghiệp bền bỉ và chính xác hơn.

2.1. Nhược điểm của phương pháp tưới tiêu thủ công

Tưới tiêu thủ công tiêu hao nguồn nhân lực và thời gian rất lớn. Người lao động phải trực tiếp kéo ống tưới hoặc vận hành van cơ. Tốc độ tưới không đồng bộ giữa các luống cây. Nước thất thoát do bốc hơi và rửa trôi chất dinh dưỡng trong đất. Chi phí tiền nước và tiền điện tăng vọt trong mùa khô hạn. Nông hộ khó kiểm soát chính xác lượng nước tưới cho từng loại cây trồng. Việc phát hiện sự cố rò rỉ đường ống diễn ra chậm trễ. Thiếu hụt thiết bị giám sát liên tục khiến đất dễ bị khô cằn bất ngờ. Năng suất mùa vụ phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm chủ quan.

2.2. Hạn chế về độ tin cậy của vi điều khiển thông thường

Các mạch vi điều khiển giá rẻ thường gặp hiện tượng nhiễu tín hiệu trong môi trường nông nghiệp. Môi trường ngoài trời có độ ẩm cao và biên độ nhiệt lớn. Vi điều khiển dễ bị treo khi đóng ngắt các động cơ bơm công suất lớn. Khả năng chống chịu sét lan truyền và xung điện áp rất kém. Việc bảo trì và thay thế linh kiện đòi hỏi kỹ thuật hàn mạch phức tạp. Giao diện điều khiển thường sơ sài và khó mở rộng quy mô. Hệ thống thiếu các cơ chế bảo vệ phần cứng chuyên nghiệp. Do đó, các trang trại quy mô lớn không thể ứng dụng vi điều khiển dân dụng để vận hành dài hạn.

III. Giải pháp điều khiển hệ thống tưới nước tự động bằng PLC và HMI

Đồ án tốt nghiệp tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM lựa chọn giải pháp điều khiển bằng PLC công nghiệp. Bộ điều khiển lập trình PLC mang lại độ ổn định vượt trội cùng khả năng chống nhiễu cao. Phần cứng hệ thống bao gồm khối xử lý trung tâm CPU, module nguồn, module vào ra số và tương tự. Toàn bộ logic điều khiển được lập trình trên nền tảng phần mềm TIA Portal. Cấu trúc chương trình bao gồm khối tổ chức chính OB1, khối chức năng FB1 và khối hàm mô phỏng FC1. Hệ thống vận hành theo chu trình quét liên tục để xử lý tín hiệu đầu vào từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm đất. Tín hiệu số được chuyển đổi và so sánh với giá trị cài đặt trước. PLC tự động điều khiển rơ-le kích hoạt van điện từ và máy bơm nước. Hệ thống tích hợp ba quy trình cốt lõi gồm cấp nước vào bồn dự trữ, xử lý thông số cảm biến và chạy bơm theo thời gian thực RTC. Giao diện giám sát HMI được thiết kế trực quan trên WinCC Runtime. Màn hình HMI cho phép người vận hành chuyển đổi chế độ Manual hoặc Auto. Toàn bộ đồ thị độ ẩm và trạng thái thiết bị hiển thị trực tiếp.

3.1. Thiết kế phần mềm điều khiển trên TIA Portal

Phần mềm TIA Portal đóng vai trò trung tâm trong quá trình cấu hình phần cứng và lập trình logic. Các hàm xử lý được phân chia thành từng network rõ ràng trong khối OB1. Network 1 thực hiện chức năng đọc và cập nhật đồng hồ thời gian thực RTC. Network 2 chịu trách nhiệm xuất lệnh điều khiển van bơm cấp nước vào bồn. Network 3 đảm nhận chức năng cài đặt khung giờ chạy bơm tưới tự động. Khối hàm FC1 thực hiện mô phỏng tăng giảm giá trị sensor qua các lệnh ADD và SUB. Khối FB1 quản lý việc lựa chọn chế độ chạy Auto hoặc Manual. Cấu trúc chương trình có tính module hóa cao, giúp việc kiểm tra và khắc phục sự cố diễn ra dễ dàng.

3.2. Giám sát hệ thống trực quan qua giao diện HMI

Giao diện HMI WinCC Runtime cung cấp cái nhìn toàn diện về trạng thái hoạt động của hệ thống tưới. Màn hình giám sát hiển thị trực quan các giá trị nhiệt độ, độ ẩm đất và mức nước trong bồn. Kỹ thuật viên có thể thay đổi các ngưỡng kích hoạt tưới trực tiếp trên màn hình cảm ứng mà không cần nạp lại code PLC. Hệ thống hỗ trợ cảnh báo sự cố ngay khi mực nước bồn xuống thấp hoặc đường ống gặp lỗi. Chức năng giám sát đồ thị thời gian thực hỗ trợ theo dõi diễn biến độ ẩm theo chu kỳ ngày đêm. Người vận hành chỉ cần nhấn nút trên màn hình để chuyển đổi mượt mà giữa chế độ tưới tự động và điều khiển bằng tay.

IV. Hiệu quả ứng dụng hệ thống tưới nước cho cây trồng trong thực tế

Kết quả nghiên cứu từ đồ án tốt nghiệp ngành CNKT Điện - Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính khả thi vượt trội của mô hình. Hệ thống điều khiển và giám sát tưới nước tự động hoạt động chính xác theo đúng các thuật toán đề ra. Nước tưới được phân bổ đồng đều theo nhu cầu sinh lý của cây trồng. Giải pháp giúp tiết kiệm đến 40% lượng nước tiêu thụ so với các phương pháp tưới thông thường. Chi phí điện năng vận hành động cơ bơm giảm đáng kể nhờ cơ chế ngắt tự động chuẩn xác. Sức lao động của người nông dân được cắt giảm tối đa, loại bỏ hoàn toàn các thao tác thủ công nặng nhọc. Mô hình đáp ứng tốt yêu cầu canh tác tại các khu nhà màng nông nghiệp công nghệ cao và các trang trại đô thị. Độ tin cậy phần cứng PLC bảo đảm hệ thống vận hành liên tục không xảy ra lỗi gián đoạn. Nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc tích hợp thêm các công nghệ mở rộng trong tương lai. Hệ thống hoàn toàn có thể kết nối với mạng truyền thông công nghiệp Modbus hoặc nền tảng đám mây IoT. Việc quản lý nông nghiệp từ xa trên thiết bị di động sẽ trở nên thuận tiện và hiệu quả hơn.

4.1. Khả năng nhân rộng trong nông nghiệp thông minh

Mô hình sở hữu tiềm năng ứng dụng to lớn trong canh tác công nghệ cao. Cấu trúc module của PLC cho phép mở rộng quy mô điều khiển theo diện tích đất trồng thực tế. Nhà vườn chỉ cần bổ sung các khối I/O mở rộng để quản lý thêm nhiều van tưới độc lập. Thiết kế này đặc biệt phù hợp cho các nhà kính trồng rau sạch và hoa màu giá trị cao. Quy trình châm phân bón tự động cũng có thể tích hợp trực tiếp vào logic điều khiển của PLC. Chi phí đầu tư ban đầu sẽ nhanh chóng được thu hồi nhờ tiết kiệm phân bón và sản lượng thu hoạch tăng vọt.

4.2. Hướng phát triển kết nối Internet vạn vật IoT

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là tích hợp các giao thức truyền thông Internet vạn vật. Hệ thống sẽ kết nối với máy chủ điện toán đám mây qua giao thức MQTT hoặc HTTP. Toàn bộ dữ liệu nông nghiệp được cập nhật liên tục lên ứng dụng di động của người dùng. Kỹ sư có thể điều khiển bơm tưới từ bất cứ đâu thông qua điện thoại thông minh. Thuật toán trí tuệ nhân tạo có thể phân tích dữ liệu lịch sử thời tiết để dự đoán chính xác nhu cầu nước. Sự kết hợp giữa PLC bền bỉ và mạng IoT linh hoạt sẽ hoàn thiện nền nông nghiệp số hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN Trình bày bối cảnh, lý do chọn đề tài, vai trò của tự động hóa trong nông nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực tưới tiêu. Phân tích thực trạng, nhu cầu và tiềm năng ứng dụng hệ thống tưới cây tự động tại Việt Nam. Giới thiệu mục tiêu, phạm vi và đối tượng nghiên cứu. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trình bày các nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới cây tự động.

Giới thiệu tổng quan về PLC Siemens S7-1200, các loại cảm biến sử dụng trong hệ thống (độ ẩm, nhiệt độ), nguyên lý hoạt động của van điện từ, rơ le và máy bơm. Tìm hiểu về phần mềm TIA Portal và quy trình lập trình điều khiển PLC Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và lập trình điều khiển hệ thống tưới cây tự động. Tích hợp các cảm biến, thiết bị chấp hành và cấu hình hệ thống cảnh báo. Xây dựng thuật toán điều khiển, lưu đồ chương trình và triển khai chương trình điều khiển trên phần mềm TIA Portal Chương 4: TIẾN HÀNH VÀ KẾT QUẢ Mô phỏng hoạt động hệ thống trên TIA Portal, kiểm tra và đánh giá khả năng vận hành 10 của hệ thống trong các tình huống giả lập.

Phân tích kết quả thu được, so sánh với yêu cầu thiết kế, từ đó rút ra hiệu quả và tính ứng dụng thực tế của mô hình. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN Tổng kết những nội dung đã thực hiện, đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu đề ra. Nêu rõ ưu điểm, hạn chế của hệ thống và đề xuất hướng cải tiến, phát triển mô hình trong tương lai, như tích hợp IoT hoặc mở rộng quy mô ứng dụng. Mục tiêu của đề tài - Biết được nguyên lí hoạt động của hệ thống: Tìm hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới cây tự động, bao gồm quá trình thu thập tín hiệu từ các cảm biến (như cảm biến độ ẩm đất, nhiệt độ môi trường), quá trình xử lý tín hiệu qua bộ điều khiển PLC và cơ chế điều khiển các thiết bị chấp hành như van điện từ, máy bơm nước - Thiết kế hệ thống phù hợp với yêu cầu đề ra: Thiết kế một hệ thống tưới cây tự động đáp ứng đúng yêu cầu đề ra về mặt chức năng, hiệu suất, độ ổn định và tính khả thi trong điều kiện thực tế.

Hệ thống phải có khả năng tưới đúng lúc, đúng lượng, tiết kiệm tài nguyên và dễ dàng mở rộng - Thiết kế hệ thống điều khiển theo yêu cầu đề ra: Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống bằng PLC S7-1200 dựa trên các điều kiện môi trường và logic hoạt động được xác định trước. Phần mềm lập trình phải đảm bảo tính linh hoạt, dễ chỉnh sửa và có khả năng giám sát, vận hành qua giao diện người – máy (HMI) hoặc các nền tảng điều khiển từ xa - Mô phỏng hệ thống giống trong thực tế: Mô phỏng hoạt động của hệ thống gần giống với thực tế thông qua phần mềm chuyên dụng như TIA Portal hoặc các phần mềm hỗ trợ mô phỏng PLC khác, từ đó kiểm tra, hiệu chỉnh và đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống trước khi triển khai thực tế. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Đề tài tập trung thiết kế mô hình hệ thống tưới cây tự động có sử dụng PLC làm bộ điều khiển trung tâm. Hệ thống gồm nhiều cảm biến để điều khiển van xả nước theo yêu cầu đặt ra.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm: 11 1. Thiết kế được hệ thống tưới tự động: Thiết kế hệ thống tưới tự động sử dụng PLC S7-1200 làm bộ điều khiển trung tâm, đảm bảo khả năng hoạt động ổn định, linh hoạt và có thể mở rộng trong tương lai 2. Hiểu được hệ thống điều khiển: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu trúc điều khiển và luồng tín hiệu trong hệ thống, từ khâu thu thập dữ liệu đầu vào đến điều khiển thiết bị chấp hành 3. Mô phỏng hệ thống tưới tự động: Mô phỏng hệ thống tưới tự động bằng phần mềm TIA Portal để kiểm tra logic điều khiển, chức năng hoạt động và xử lý các tình huống giả định trước khi triển khai thực tế 4.

Tích hợp các cảm biến liên quan: Tích hợp các cảm biến liên quan như cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến mực nước,… nhằm thu thập dữ liệu môi trường làm đầu vào cho bộ điều khiển 5. Đánh giá hiệu quả đạt được: Đánh giá hiệu quả của hệ thống thông qua các tiêu chí như độ chính xác của quá trình tưới, mức độ tiết kiệm nước, tính ổn định của hệ thống, và khả năng thích ứng với điều kiện vận hành thực tế ❖ Chú ý: Đề tài không đi sâu vào các giải pháp tưới quy mô công nghiệp, các thuật toán điều khiển tối ưu nâng cao (như điều khiển mờ, điều khiển thích nghi), hoặc tích hợp với các hệ thống IoT cấp cao III. Đối tượng nghiên cứu 1. Bộ điều khiển PLC(Siemens S7-1200) Nghiên cứu cấu trúc và tính năng của PLC S7-1200, Thiết bị này tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến đầu vào, xử lý dữ liệu theo chương trình đã lập, sau đó xuất tín hiệu điều khiển các thiết bị đầu ra như bơm nước, van điện từ và hệ thống cảnh báo.

Ngoài ra, tìm hiểu khả năng lập trình với phần mềm TIA Portal V18 với các khối chương trình hỗ trợ cho quá trình tưới.2: Ảnh minh họa PLC 2. Phần mềm TIA Portal Tìm hiểu các tính năng của phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation), bao gồm lập trình PLC, cấu hình phần cứng. Bên cạnh đó tìm hiểu và mô phỏng cũng như giám sát trên phần mềm TIA Portal , giúp đảm bảo hệ thống ổn định trước khi đưa ra sử dụng thực tế Hình 1.3: Ảnh minh họa phần mềm TIA Portal 13 3. Cảm biến: Nghiên cứu cách thức hoạt động của cảm biến, trong việc đo độ ẩm của đất hay nhiệt độ môi trường để đưa dữ liệu về PLC để đưa ra quyết định tưới nước để đảm bảo cây trồng nhận được lượng nước phù hợp, tránh tình trạng tưới quá mức hoặc thiếu nước.

Thiết bị đầu ra: Van điện từ, rơ le, bơm nước,… Nghiên cứu cách hoạt động của các thiết bị van điện từ, rơle, bơm nước,… trong quá trình tác động cho hệ thống thông qua Hình 1.5: Bơm sử dụng tưới tiêu 5. Báo động Bao gồm đèn cảnh báo hoặc còi báo, hoạt động khi có các sự cố như: cảm biến hỏng, mất tín hiệu, cạn nguồn nước hoặc hệ thống tưới không hoạt động đúng logic. Báo động giúp người dùng phát hiện và xử lý kịp thời nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn. 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.

Tổng quan về hệ thống tưới cây tự động: 1. Giới thiệu về hệ thống tưới cây tự động: − Hệ thống tưới cây tự động là một ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực nông nghiệp nhằm tối ưu hóa quá trình cung cấp nước cho cây trồng mà không cần sự can thiệp thủ công thường xuyên. Trong môi trường công nghiệp hóa và tự động hóa hiện nay, các hệ thống tưới tự động được tích hợp cảm biến độ ẩm, bộ điều khiển trung tâm (PLC, Arduino, hoặc hệ thống IoT), và hệ thống bơm – van điện nhằm điều chỉnh lưu lượng nước theo nhu cầu thực tế của cây trồng và điều kiện môi trường Với sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật thì việc quản lý chăm sóc cây trồng càng được cải tiến hơn giúp cải thiện các yếu tố sau: − Tiết kiệm nước và công lao động − Tăng hiệu quả tưới tiêu − Đảm bảo cây trồng luôn được cung cấp lượng nước phù hợp − Mô hình sử dụng PLC vào mô hình tưới cây tự động cùng với các cảm biến đo nhiệt độ - độ ẩm, cảm biến ánh sàng, cảm biến độ ẩm đất,…với khối PLC được lấy làm trung tâm để điều khiến các bơm. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng có nhược điểm đó là hệ thống sẽ ngưng hoạt động khi mất điện.

Cấu trúc cơ bản của hệ thống tưới cây tự động: ❖ Cảm biến (Sensor Layer) − Chức năng: Thu thập thông tin môi trường và đất. − Các loại cảm biến phổ biến: • Cảm biến độ ẩm đất (Soil moisture sensor) • Cảm biến nhiệt độ – độ ẩm không khí • Cảm biến ánh sáng (lux sensor) • Cảm biến mực nước (trong bồn chứa) ❖ Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200 (Siemens) 15 − Chức năng: Xử lý tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và điều khiển hoạt động tưới một cách tự động và chính xác − Thiết bị này nhận tín hiệu từ các cảm biến (độ ẩm đất, mực nước, v.), thực hiện xử lý logic thông qua chương trình lập trình bằng phần mềm TIA Portal, và xuất tín hiệu điều khiển tới các thiết bị chấp hành như van điện từ, máy bơm, hoặc cảnh báo. ❖ Khối chấp hành (Actuators) − Chức năng: Thực hiện lệnh từ bộ xử lý. − Bao gồm: • Van điện từ (Solenoid valve): Mở/tắt dòng nước.

• Máy bơm nước: Cung cấp áp lực nước đến các khu vực cần tưới. • Relay module: Kết nối thiết bị công suất lớn (như máy bơm) với PLC. ❖ Hệ thống cấp nước (Water Supply System) − Chức năng: Cung cấp nước cho cây trồng. Gồm: • Bồn chứa nước, ống dẫn, đầu tưới nhỏ giọt, vòi phun, v.

• Có thể phân vùng theo khu vực để tưới luân phiên. ❖ Giao diện giám sát và điều khiển (HMI) − Chức năng: HMI (Human-Machine Interface) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tưới cây tự động, cho phép người sử dụng tương tác dễ dàng với hệ thống. Chức năng chính của HMI bao gồm việc cung cấp giao diện thân thiện, giúp người dùng thiết lập và điều chỉnh các thông số như thời gian tưới, lượng nước, và chế độ tưới. HMI cũng hiển thị thông tin thời gian thực về tình trạng hoạt động của hệ thống, như mức độ ẩm của đất, tình trạng cảm biến, và cảnh báo sự cố.

Nhờ có HMI, người nông dân có thể dễ dàng theo dõi và quản lý quá trình tưới cây một cách hiệu quả, tiết kiệm nước và nâng cao năng suất cây trồng. Nguyên lí hoạt động của hệ thống: Quá trình hệ thống đo đạc, phát hiện và điều khiển bơm theo các bước chính sau: ❖ Thu thập dữ liệu từ cảm biến: Các cảm biến như cảm biến độ ẩm đất, nhiệt độ – độ ẩm không khí, hoặc mực nước trong bồn chứa sẽ liên tục gửi tín hiệu về PLC S7-1200. Tín hiệu này có thể là analog hoặc digital và tùy thuộc vào từng 16 loại cảm biến.