Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm vườn rau thông minh (PLC S7-300)

Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển và tự động hóa: Tìm hiểu quy trình, phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa hiệu quả. Tài liệu tham khảo hữu ích.

• Tác giả: Phùng Ngọc Công
• Người hướng dẫn: Ths. Phạm Văn Hùng
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Điện
• Đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát Nhiệt Độ Và Độ Ẩm Trong Vườn Rau Thông Minh Sử Dụng PLC S7-300
• Loại tài liệu: Báo cáo đồ án thiết kế
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan cách xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm vườn rau

Trong nông nghiệp hiện đại, việc ứng dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm cho vườn rau đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Điều khiển môi trường vườn rau bằng công nghệ giúp kiểm soát chính xác các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng của cây. Theo báo cáo của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, việc duy trì độ ẩm và nhiệt độ thích hợp (15˚C < T < 30˚C, độ ẩm > 70%) giúp đảm bảo điều kiện tối ưu cho nhiều loại rau trồng. Các thiết bị cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến độ ẩm EE061-M2F3 được sử dụng rộng rãi để đo chính xác trong thời gian thực, hỗ trợ cho hệ thống điều khiển tự động hóa nông nghiệp. Việc lựa chọn PLC S7-300 là giải pháp an toàn, ổn định cho trung tâm xử lý, đồng thời hợp tác với màn hình HMI giúp người dùng dễ dàng giám sát và điều chỉnh thông số. Các giải pháp tưới phun sương tự động và quạt thông gió kết hợp đèn gia nhiệt là thành phần thiết yếu tạo nên môi trường phát triển ổn định, hạn chế rủi ro từ biến động thời tiết. Với xu hướng phát triển vườn rau thông minh, ứng dụng các công nghệ điều khiển này hứa hẹn đem lại bước chuyển mình mạnh mẽ cho ngành sản xuất rau sạch.

1.1. Tầm quan trọng của cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm trong nông nghiệp

Việc sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến độ ẩm EE061-M2F3 giúp đo đạc chính xác các thông số môi trường trong vườn rau. LM35 có sai số thấp (~0.25°C), khả năng hiệu chuẩn sẵn, hoạt động trong dải nhiệt rộng từ -55°C đến 150°C, rất phù hợp cho yêu cầu theo dõi điều kiện khí hậu trong môi trường trồng rau. Cảm biến độ ẩm EE061-M2F3 với ngõ ra 4-20mA đảm bảo đo độ ẩm chính xác trong phạm vi 0-100%RH, cùng lớp phủ bảo vệ tăng độ bền dưới điều kiện môi trường khắc nghiệt. Sự kết hợp của các cảm biến này với bộ điều khiển trung tâm giúp duy trì sự ổn định nhiệt độ và độ ẩm, giảm thiểu rủi ro gây ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng rau trồng.

1.2. Các mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm phổ biến hiện nay

Hiện nay, các mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm vườn rau phổ biến gồm hệ thống phun sương nhỏ giọt, quạt gió điều chỉnh luồng khí và đèn gia nhiệt điều hòa nhiệt độ. Đặc điểm nổi bật của các mô hình này là giảm chi phí nhân công và tiết kiệm tài nguyên nước nhờ tự động hóa, đảm bảo lượng nước vừa đủ không gây ngập úng hay khô hạn. Ví dụ, hệ thống phun sương phân phối đồng đều giúp cải thiện chất lượng cây trồng, tăng năng suất ít nhất 10% theo báo cáo từ trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Ngoài ra, một số hệ thống còn tích hợp thêm quạt gió giúp thông khí, điều chỉnh độ ẩm không khí hiệu quả, tạo môi trường lý tưởng cho rau phát triển.

II. Giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm vườn rau thông minh

Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm cho vườn rau sử dụng PLC S7-300 được xây dựng theo cấu trúc 4 khối chính: nguồn, cảm biến (cấp trường), bộ điều khiển trung tâm và các thiết bị thực thi. Hệ thống hoạt động ở hai chế độ chính: tự động và thủ công (manual). Ở chế độ tự động, PLC nhận dữ liệu từ các cảm biến rồi phân tích, điều khiển động cơ phun sương, quạt gió, đèn gia nhiệt để duy trì điều kiện môi trường phù hợp. Chế độ thủ công cho phép người dùng điều khiển trực tiếp các thiết bị qua nút nhấn cơ khí nhưng không dựa trên dữ liệu cảm biến. Sơ đồ đấu nối phần cứng và chương trình được xây dựng cẩn thận để đảm bảo việc vận hành ổn định. Việc lựa chọn các thiết bị như cảm biến LM35, EE061-M2F3, quạt thông gió QVN-400, đèn gia nhiệt Thạch Anh Halogen đã được nghiên cứu kỹ về thông số và hiệu quả làm việc, phù hợp với đặc tính môi trường trồng rau thông minh.

2.1. Lựa chọn thiết bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho vườn rau

Việc lựa chọn cảm biến chính xác là nền tảng của hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm hiệu quả. Cảm biến nhiệt độ LM35 với điểm mạnh về độ bền, độ chính xác cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp rất phù hợp cho môi trường trồng rau. Cảm biến độ ẩm EE061-M2F3 có dải đo rộng 0-100% RH và ngõ ra chuẩn 4-20mA giúp tạo tín hiệu tương thích với PLC. Ngoài ra, lớp phủ bảo vệ cho đầu dò giúp cảm biến hoạt động bền trong môi trường ẩm ướt, tránh các lỗi đo do tác động bên ngoài. Sự kết hợp 2 loại cảm biến này giúp thu nhận dữ liệu môi trường đa dạng, chính xác nhằm đảm bảo chất lượng quá trình điều khiển.

2.2. Thiết kế và lập trình vi điều khiển cho hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm

PLC S7-300 được lựa chọn làm bộ điều khiển nhiệt độ độ ẩm trung tâm mang lại sự ổn định và dễ dàng lập trình. Chương trình gồm hai chế độ: tự động dựa vào dữ liệu cảm biến để điều khiển thiết bị và thủ công cho phép người dùng dùng nút nhấn điều khiển trực tiếp thiết bị kích hoạt quạt gió, đèn gia nhiệt, hệ thống phun sương. Hệ thống sử dụng phần mềm WinCC kết hợp màn hình HMI KTP700 BASIC giúp người quản lý theo dõi liên tục các thông số môi trường và trạng thái hoạt động của thiết bị. Lưu đồ thuật toán chi tiết đảm bảo khi nhiệt độ hoặc độ ẩm vượt ngưỡng đặt sẵn, PLC sẽ tự động điều chỉnh các thiết bị cấp chấp hành để duy trì giới hạn an toàn, tối ưu cho sự phát triển của cây rau.

III. Hướng dẫn ứng dụng thực tiễn và đánh giá hiệu quả hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm

Sau khi thiết kế và lắp đặt, hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm cho vườn rau đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan. Trong chế độ tự động, khi nhiệt độ vượt ngưỡng 30 độ C hoặc dưới 15 độ C, hệ thống sẽ kích hoạt quạt gió và đèn gia nhiệt tương ứng, đồng thời phun sương khi độ ẩm xuống dưới 70%. Các thông số môi trường được hiển thị rõ ràng trên màn hình HMI giúp giám sát trực quan, tăng hiệu quả vận hành. Trong chế độ thủ công, người sử dụng có thể trực tiếp bật/tắt thiết bị qua nút nhấn, phù hợp cho thao tác bảo trì hoặc điều kiện đặc biệt. Ứng dụng vi điều khiển trong nông nghiệp ở đề tài này được đánh giá sẽ nâng cao năng suất, tiết kiệm năng lượng và tài nguyên nước, giảm nhân công vận hành. Khả năng mở rộng hệ thống và lập trình linh hoạt giúp đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau tại các mô hình vườn rau khác nhau.

3.1. Kết quả thử nghiệm vận hành hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm tự động

Hệ thống đã được kiểm nghiệm vận hành với các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm mô phỏng trong phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy khi nhiệt độ vườn rau vượt ngưỡng 30°C hoặc giảm xuống dưới 15°C, các thiết bị như quạt gió và đèn gia nhiệt phản ứng nhanh, tự động điều chỉnh để đưa nhiệt độ về mức phù hợp từ 15°C đến 30°C. Tương tự, khi độ ẩm nhỏ hơn 70%, hệ thống kích hoạt động cơ phun sương để tăng độ ẩm kịp thời. Thông số môi trường được phản hồi về PLC chính xác, giúp cho hệ thống có phản ứng linh hoạt, đảm bảo điều kiện sinh trưởng ổn định cho cây trồng. HMI hiển thị rõ ràng tình trạng vận hành, cảnh báo khi có sự cố, giúp người quản lý dễ dàng theo dõi và điều chỉnh nếu cần thiết.

3.2. Ứng dụng vi điều khiển trong tự động hóa nông nghiệp và giám sát vườn rau thông minh

Ứng dụng vi điều khiển như PLC S7-300 trong hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm mở rộng ra nhiều lĩnh vực tự động hóa trong nông nghiệp. Giải pháp cho phép kết nối với nhiều loại cảm biến và thiết bị ngoại vi khác nhau, hỗ trợ việc giám sát liên tục và điều chỉnh chính xác môi trường trồng rau. Ngoài ra, sự phối hợp phần mềm WinCC với màn hình HMI mang lại giao diện thân thiện, dễ sử dụng. Những thành tựu trong đề tài cho thấy khả năng ứng dụng công nghệ trong quản lý vườn rau thông minh sẽ giúp tăng cường hiệu quả sản xuất, giảm thiểu lao động thủ công, thúc đẩy phát triển nông nghiệp công nghệ cao.

IV. Phương pháp phát triển và cải tiến hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm vườn rau hiện đại

Mặc dù hệ thống điều khiển sử dụng PLC S7-300 đã đáp ứng tốt các yêu cầu về kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, nhưng vẫn còn một số hạn chế tiềm năng như thiếu khả năng giám sát và điều khiển từ xa. Để nâng cao tính năng, hướng phát triển tập trung vào tích hợp hệ thống vào môi trường Internet of Things (IoT), cho phép người sử dụng có thể theo dõi và điều khiển qua thiết bị thông minh mọi lúc mọi nơi. Việc lưu trữ dữ liệu trực tuyến cũng giúp thuận tiện trong việc thống kê và phân tích dài hạn, phục vụ nghiên cứu và tối ưu hóa quá trình trồng rau. Bên cạnh đó, các giải pháp nâng cao về phần cứng và phần mềm sẽ giảm thiểu độ trễ và tăng tính chính xác, đồng thời thiết kế hệ thống có thể mở rộng để phù hợp với nhiều mô hình vườn rau khác nhau.

4.1. Lợi ích của việc tích hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm với IoT trong nông nghiệp

Việc kết nối hệ thống với nền tảng IoT giúp chuyển đổi vườn rau truyền thống thành mô hình vườn rau thông minh thực thụ. Với sự hỗ trợ của IoT, dữ liệu về nhiệt độ và độ ẩm được truyền tải và lưu trữ liên tục trên các thiết bị đám mây, cho phép giám sát từ xa và kiểm soát tức thời qua điện thoại hoặc máy tính. Điều này không chỉ tăng tính tiện ích mà còn giúp người quản lý nhanh chóng phát hiện và xử lý các bất thường môi trường, giảm thiểu tổn thất cây trồng do thời tiết bất lợi hoặc sự cố thiết bị. Các báo cáo thống kê tự động còn tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu và tối ưu quy trình sản xuất.

4.2. Hướng cải tiến phần cứng và lập trình hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm vườn rau

Để nâng cao hiệu quả và tính mở rộng, hệ thống có thể bổ sung các cảm biến đa dạng hơn như cảm biến CO2, ánh sáng để điều chỉnh môi trường toàn diện cho vườn rau thông minh. Nâng cấp PLC lên các dòng có khả năng kết nối mạng và tích hợp công nghệ điều khiển dựa trên AI sẽ giúp tăng độ chính xác và phản hồi thông minh hơn với các thay đổi môi trường. Về phần mềm, phát triển thêm giao diện web, ứng dụng di động và hệ thống cảnh báo thông minh giúp người quản lý chủ động hơn trong công tác điều khiển và giám sát. Ngoài ra, việc áp dụng thuật toán phân tích dữ liệu lớn (Big Data) trên nền tảng đám mây sẽ là xu hướng phát triển tiếp theo của tự động hóa nông nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng phát triển hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm cho vườn rau

Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong vườn rau thông minh sử dụng PLC S7-300 đã cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc quản lý môi trường trồng rau tự động. Qua việc áp dụng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm chất lượng cao và bộ điều khiển công nghiệp ổn định, hệ thống đã đáp ứng được mục tiêu duy trì các thông số môi trường lý tưởng giúp nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng. Hệ thống có thể vận hành linh hoạt với 2 chế độ tự động và thủ công, dễ dàng giám sát qua màn hình HMI. Mặc dù còn tồn tại hạn chế về tính năng giám sát từ xa, đồ án vẫn mở ra hướng đi phát triển công nghệ IoT, lưu trữ dữ liệu trực tuyến và tự động hóa nâng cao trong nông nghiệp. Với những cải tiến tiếp theo, hệ thống hoàn toàn có thể áp dụng rộng rãi tại các nhà vườn, góp phần thúc đẩy sản xuất rau sạch và phát triển nông nghiệp công nghệ cao ở Việt Nam.

5.1. Tóm tắt thành tựu và kết quả đạt được từ đồ án hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm

Đồ án đã xây dựng thành công mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm bằng PLC S7-300, với hai chế độ vận hành tự động và thủ công, vận hành ổn định, chính xác theo mục tiêu đề ra. Các thông số nhiệt độ và độ ẩm được đo đạc bằng cảm biến LM35 và EE061-M2F3, hiển thị trực quan trên màn hình HMI KTP700 BASIC. Hệ thống giúp tiết kiệm tài nguyên nước, giảm nhân công và duy trì môi trường tối ưu cho cây trồng, khẳng định giá trị ứng dụng trong nông nghiệp công nghệ cao hiện đại.

5.2. Triển vọng phát triển hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm trong tương lai

Tương lai của hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm vườn rau sẽ là sự kết hợp chặt chẽ với các công nghệ IoT, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo. Các luồng dữ liệu thu thập qua cảm biến sẽ được phân tích để tự động điều chỉnh thông minh hơn, giảm thiếu sự can thiệp thủ công, nâng cao hiệu suất và chất lượng cây trồng. Việc phát triển các nền tảng giám sát từ xa trên thiết bị thông minh sẽ giúp quản lý linh hoạt, nhất là đối với qui mô nhà vườn lớn. Đồng thời, lưu trữ dữ liệu xuyên suốt giúp đánh giá hiệu quả và triển khai các giải pháp tối ưu dài hạn cho nền nông nghiệp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ & ĐỘ ẨM 1.1 Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong việc nuôi trồng rau Thực vật nói chung hay rau nói riêng là những loại cây trồng khá dễ nhưng để đạt được năng suất và hiệu quả cao trong việc trồng thì đó là cả một vấn đề lớn đối với người trồng.Và những khó khăn thường gặp ở người mới trồng bao gồm: − Nhà xưởng, thiết bị, công cụ sản xuất: + Nhà xưởng xây dựng để chuyên trồng rau còn quá đơn giản, chủ yếu là tranh tre, nứa lá, chưa đảm bảo các yếu tố môi trường thuận lợi cho các loại cây rau phát triển. Người trồng rau còn tư duy theo hướng tự cung, tự cấp, tận dụng cơ sở vật chất đã có, chưa mạnh dạn đầu tư một cách bài bản cho một ngành sản xuất nông nghiệp công nghệ cao. + Các thiết bị phục vụ công tác nghiên cứu, sản xuất, bảo quản, chế biến sản phẩm rau trồng còn quá ít, chưa có nhà máy nào chuyên chế tạo cung cấp cho người sản xuất. Các đơn vị sản xuất chưa có đầy đủ các thiết bị chuyên dùng như: Máy nghiền nguyên liệu, dây chuyên phối trộn đóng túi mùn cưa, máy đảo trộn Compost, hệ thống tưới, thiết bị điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, thông thoáng, v.

Vì vậy cần phải có sự đầu tư trong khâu nghiên cứu và sản xuất hợp lý để đạt tới hướng công nghiệp hoá trong nghề nuôi trồng rau. Các công đoạn sản xuất hiện tại nếu áp dụng theo qui mô công nghiệp chưa liên hoàn, một vài công đoạn vẫn làm phải thủ công dẫn tới năng suất lao động thấp, sản phẩm có chất lượng không đồng đều, giá thành còn cao, sức cạnh tranh kém. 6 + Các đơn vị chế biến sản phẩm rau sau thu hoạch chưa tập trung thực hiện chính sách đầu tư để tạo vùng nguyên liệu, dẫn đến tình trạng nhà không đủ rau chế biến còn người sản xuất cây rau không bán + Tưới nước cho rau trồng quá nhiều hoặc quá ít khiến cho cây rau không đủ độ ẩm để phát triển. Và hầu hết các trường hợp này đều tự tưới nước cho rau theo cách truyền thống mà không thông quá các thiết bị tưới hiện đại như các nhà vườn có quy mô lớn.Không có phương pháp kiểm soát nhiệt độ cho rau trồng trái mùa.1 Thông số nhiệt độ thích thợp cho sự phát triển một số loại rau trồng ❖ Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ ẩm ứng dụng trong việc nuôi trồng rau + Hệ thống có cấu tạo đơn giản, đễ dàng tháo lắp và sửa chữa, bảo trì trong quá trình sử dụng.

7 + Tiết kiệm điện năng, tiết kiệm nước mà vẫn đảm bảo độ phủ ẩm đầy đủ cho cây rau, nhanh chóng hơn việc sử dụng sức người tưới. + Hệ thống điều khiển và giám sát này phù hợp với nhiều giai đoạn sinh trưởng của rau, dễ dàng điều chỉnh chế độ tưới bằng các đầu phun hay vòi phun, điều chỉnh lượng khí khô,nhiệt độ vào khu vực trồng rau + Diện tích các máy phun sương khá khiêm tốn, có thể dễ dàng di dộng và lắp đạt trên cao hay trong các góc, tùy thuộc vào địa hình khu vực nuôi trồng.2 Một số mô hình tương tự Hệ thống phun tự động trong trồng rau là một phương pháp tưới có nhiều ưu điểm. Hệ thống này được thiết kế đường ống dẫn tưới chạy dọc theo những phân khu trồng rau. Trên đường ống được bố trí các vòi phun hoặc nhỏ giọt, hoặc phun sương tuỳ theo đó là trồng loại cây nào.

Đối với phun sương nhỏ giọt, nước sẽ được đưa đến giá thể trồng rau một lượng nhỏ nước, đều đặn và chính xác. Các luống rau được tưới trong suốt chu kỳ mà không bị ảnh hưởng đến chu trình sinh trưởng bình thường của chúng, ngược lại còn tăng chất lượng sinh trưởng và phát triển của từng loài. Với phương pháp tưới này, người trồng rau thu được kết quả là: sản lượng tăng ít nhất 10%, việc sử dụng đất giảm tới 30%, chi phí năng lượng và nước giảm 20%, và nông dân có thể thu hoạch cây rau chất lượng cao. Với hệ thống được tưới cố định trong nhà nuôi cây rau, vì vậy nguy cơ nhiễm bệnh lây lan từ nhà này sang nhà khác là rất hạn chế Với hệ thống phun sương tự động phun sương sẽ giúp cho nước phân tán đồng đều, xé nước thành những làn sương mịn phủ khắp vườn, giúp tạo độ ấm cho cây rau phát triển tốt.

Cần lắp đặt hệ thống tưới tự động đúng cách để giúp nước phân bố đồng đều. Bộ lọc cần được lắp đặt để lọc nước tốt giúp các vòi phun không bị tắc trong khi phun. Một vấn đề khác là nước trong quá trình phun, những giọt li ti bám vào bề mặt cây rau lâu hơn nên chúng khô chậm hơn. Điều này mang lại nguy cơ úng thối trên lá rau.

8 Hệ thống máy phun sương trồng rau còn có chế độ phun tự động nên không cần nhân công túc trực tưới nước hàng ngày. Điều này sẽ giúp cho xưởng sản xuất rau tiết kiệm được chi phí nhân công cũng như thời gian lao động. Mặt khác, hệ thống phun sương tự động còn rất hữu ích cho cây cây rau khi không có sự thừa và chảy nước ra chỗ khác gây ngập úng, tốn nước… Hình ảnh 1. Máy phun sương di dộng Ngoài ra, việc lắp đặt máy phun sương tưới cây rau cũng khá dễ dàng, lại tiết kiệm được diện tích nên phù hợp với nhiều địa hình khác nhau.

Tuy nhiên các hệ thống này chưa bao gồm hệ thống thông gió, giảm độ ẩm môi trường và điều chỉnh nhiệt độ trong khu trồng cây rau. Một số mô hình có thêm quạt gió điều chỉnh lưu lượng không khí vào ra khu vực trồng cây rau đồng thời quạt gió điều chỉnh nhiệt độ bên trong nhà trồng rau làm cho không khí ở đây luôn giữ ở mức ổn định 1.3 Mục tiêu của đề tài và nội dung nghiên cứu ❖ Mục tiêu Về kỹ năng mềm: + Nắm được tính cấp thiết của đề tài, đưa ra giải pháp của bản thân để giải quyết vấn đề. + Nắm được những kiến thức về PLC, sử dụng thành thạo phần mềm lập trình và kỹ năng lập trình/ mô phỏng. 9 + Rèn luyện kỹ năng làm việc đọc lập, kỹ năng tìm tòi, phát huy tính tích cực trong học tập và rèn luyện.

Về tính năng sản phẩm: Hoàn thành mô hình mạch điều khiển (mô phỏng) với các tính năng: + Chế độ điều khiển tự động: Dựa vào độ ẩm môi trường để phun sương cho cây rau.Dựa vào nhiệt độ môi trường để bật/ tắt quạt gió và đèn gia nhiệt điều hòa không khí, nhiệt độ cho cây rau + Chế độ điều khiển bằng tay: Điều khiển bật, tắt hệ thống phun sương, hệ thống thông gió, đèn gia nhiệt cho cây rau bằng tay thông qua hệ thống nút nhấn tùy chỉnh. + Giám sát nhiệt độ, độ ẩm nhà trồng cây rau hiển thị thông qua màn hình HMI và hệ thống đèn báo hiệu các chế độ hoạt động của hệ thống. ❖ Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm cho vườn rau thông minh: Định nghĩa, nguyên lý làm việc… + Nghiên cứu các thiết bị cảm biến,PLC, HMI để xây dựng hệ thống điều khiển. + Nghiên cứu phần mềm lập trình, phần mềm mô phỏng phục vụ hoàn thiện hệ thống điều khiển.

+ Nghiên cứu quy trình kiểm thử để kiểm tra hoạt động hệ thống điều khiển.4 Đề xuất giải pháp thiết kế Từ những mục tiêu đề ra và những nghiên cứu về hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong vườn cây thông minh, nhóm xin đề xuất phương án thiết kế như sau: + Thiết kế hệ thống với hai chế độ làm việc: Chế độ điều khiển tự động và chế độ điều khiển bằng tay. + Chế độ điều khiển tự động: Dựa vào độ ẩm môi trường để phun sương cho cây rau. Dựa vào nhiệt độ môi trường trong nhà trồng cây để tự động điều khiển quạt gió,đèn gia nhiệt điều chỉnh lưu lượng không khí và nhiệt độ trong nhà cây rau. 10 + Chế độ điều khiển bằng tay: Điều khiển bật, tắt hệ thống phun sương, hệ thống quạt thông gió, hệ thống đèn gia nhiệt cho cây rau từ các nút nhấn cơ khí bằng tay tùy chỉnh theo ý muốn.

+ Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và các chế độ hoạt động của hệ thống, các thiết bị trường thông qua các đèn tín hiệu và màn hình hiển thị HMI. Việc đáp ứng nhu cầu giao tiếp với các cảm biến, các thiết bị ngoại vi, sử dụng PLC với tính ổn định cho việc lập trình và điều khiển. 11 CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối nguyên lí Hình ảnh 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống ❖ Khối Nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn năng lượng cho hệ thống: Sử dụng nguồn 24V để làm nguồn nuôi cho các thiết bị trong khối thực thi,PLC,HMI và khối cảm biến cấp trường. ❖ Khối cảm biến (cấp trường): Chức năng đo và gửi kết quả về khối xử lý ( cấp điều khiển):  Sử dụng LM35, EE061-M2F3.

12 ❖ Khối xử lý trung tâm (cấp điều khiển): Làm nhiệm vụ điều khiển chính, đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển hệ thống phun sương, hệ thống quạt thông gió, đèn gia nhiệt ,nhận tín hiệu từ các nút nhấn cơ khí và gửi dữ liệu tới khối hiển thị.  Sử dụng PLC ❖ Khối thực thi ( cấp chấp hành): Sử dụng động cơ phun sương tạo ẩm cho vườn cây rau và quạt thông gió, đèn gia nhiệt:  Sử dụng động cơ phun sương, đèn gia nhiệt và quạt thông gió. ❖ Khối hiển thị ( cấp giám sát): Nhận lệnh từ khối xử lý trung tâm hiển thị dữ liệu của nhà trồng cây rau:  Sử dụng màn hình HMI tích hợp nút nhấn của Siemens.2 Lưu đồ thuật toán Hình ảnh 2.2 Lưu đồ tổng quát của hệ thống 14 • Chế độ Auto Hình ảnh 2.3 Lưu đồ thuật toán khi hệ thống chạy ở chế độ AUTO • Chế độ Manual Hình ảnh 2.4 Lưu đồ thuật toán khi hệ thống chạy ở chế độ MANUAL 15 Thuyết minh sơ đồ nguyên lí của hệ thống: - Khi cấp nguồn vào hệ thống, nhấn nút ON đèn báo hệ thống hoạt động màu xanh lá sáng và hệ thống bắt đầu hoạt động, có 2 nút để ngừng sự hoạt động của hệ thống đó là OFF và Dừng Khẩn Cấp khi nhấn 2 nút này hệ thống lập tức bị ngắt nguồn và không hoạt động.