CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Tổng Quan Đề Tài Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cần thiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông tin. Nông nghiệp thông minh là một cuộc cách mạng trong ngành nông nghiệp giúp hướng dẫn các hành động cần thiết để sửa đổi và định hướng lại các hệ thống nông nghiệp để hỗ trợ hiệu quả cho sự phát triển và đảm bảo an ninh lương thực trong điều kiện khí hậu luôn thay đổi. Trọng tâm chính của nông nghiệp thông minh là tăng năng suất và thu nhập nông nghiệp.
Nông nghiệp thông minh giúp giảm khí thải nhà kính. Nông nghiệp thông minh đi liền với sự áp dụng những tiến bộ trong khoa học, kỹ thuật vào việc canh tác giúp giảm lượng nhân công trong ngành nông nghiệp mà vẫn nâng cao năng suất. Trong xã hội hiện đại, nhu cầu thực phẩm sạch đã trở thành một vấn đề quan trọng. Tuy nhiên, khí hậu ở miền Trung Việt Nam ngăn cản sự tăng trưởng của các loài cây trồng nông sản nhất định, đặc biệt vào mùa đông và mùa hè.
Điều này dẫn đến việc phải nhập khẩu nông sản từ miền Nam Việt Nam. Do đó, có một số mặt không thuận lợi. Không chỉ vận chuyển hàng hóa nhập khẩu ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, mà các loài nông sản đã nhập cũng được bán với giá cao hơn. Mặt khác, vận chuyển cây trong một quãng đường dài đã làm nát nông sản và giảm chất lượng sản phẩm.
Tưới phun sương giúp tiêt kiệm một lượng nước khổng lồ, tiết kiệm hơn 80% lượng nước cần tưới năng suất lao động tăng cao nhờ tiết kiệm công tưới, tưới phun sương đáp ứng tốt yêu cầu sinh lý của cây về nước cũng như lớp đất có bộ rễ cây hoạt động, và bề mặt lá đều được tưới và làm sạch bụi bám rên lá cây trồng sinh trưởng tốt. Ngoài ra hệ thống nhà kính giúp người nông dân kiểm soát các điều kiện khí nhậu như nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kín, đạt được các tiêu chí như Vietgap trong chăn nuôi trồng trọt, góp phần tạo ra sản phẩm hàng hoá cao hơn và thực tế đã mang lại nhiều hiệu quả kinh tế, được khuyến khích, áp dụng tại các địa phương trong cả nước. Các yếu tố như tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm có thể được cài đặt tự động thông qua bộ điều khiển với các cảm biến nhiệt, và cảm biến độ ẩm. Vì vậy, khối lượng không khí trong nhà kín được thay đổi liên tục và luôn tươi mới dễ chịu.
Nếu trong môi trường khí hậu khắc nghiệt, không đảm bảo những điều kiện khí hậu, cây trồng thường xuyên tiếp xúc với môi trường nhiệt GVHD:ThS. Nguyễn Tấn Hòa Trang 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua Webserver độ quá cao hoặc quá thấp và nguy hại nhất là thay đổi nhiệt độ đột ngột thì cây trồng bị èo uột, phát triển không đều và dễ bị chết. Chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao tuy nhiên hiệu quả mang lại còn cao hơn rất nhiều. Ngoài các điều kiện tổ chức xây dựng cơ bản, các thiết bị trong trang trại được tự động hoá giúp giảm chi phí lao động.
Do đó, mục đích của dự án này là giúp trồng trọt dễ dàng hơn trong nước. Mục đích này có thể đạt được với việc sử dụng một nhà kính tự động hóa. Một nhà kính có thể tái tạo một khí hậu khác nhau và trồng trọt các loại cây không thể trồng trong khu vực. Ngoài ra, xây dựng nhà kính tự động hóa có thể giúp con người trồng cây lương thực hoặc cây trồng trong nước mà không phải chăm sóc liên tục cây lương thực hoặc cây trồng đó.
Có thể an tâm khi biết rằng các cây trồng vẫn được chăm sóc trong khi người nông dân đi vắng hoặc không ở xung quanh nhà kính trong một khoảng thời gian lâu hơn.1 Nông sản cà chua được trồng trong nhà kính Mục tiêu đề tài Mục tiêu được cụ thể như sau: - Xây dựng được một mô hình thu nhỏ "vườn thông minh" cho phép người dùng kiểm soát và điều khiển chính khu vườn của mình qua hệ thống web server. Nguyễn Tấn Hòa Trang 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua Webserver - Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm đất thông qua cảm biến. - Mô hình có thiết kế hợp lý, dễ dàng thao tác với người sử dụng. - Thích ứng được với nhiều loại môi trường và được sử dụng rộng rãi.
- Ứng dụng vào nhiều loại cây khác nhau. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp mô hình hóa là một phương pháp khoa học để nghiên cứu các đối tượng, các quá trình. bằng cách xây dựng các mô hình của chúng (các mô hình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng đang nghiên cứu) và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng thực. Mô hình: là một hệ thống các yếu tố vật chất hoặc ý niệm (tư duy) để biểu diễn, phản ánh hoặc tái tạo đối tượng cần nghiên cứu, nó đóng vai trò đại diện, thay thế đối tượng thực sao cho việc nghiên cứu mô hình cho ta những thông tin mới tương tự đối tượng thực.2 Phương pháp mô hình hoá, nguồn internet Cơ sở logic của phương pháp mô hình hóa là phép loại suy.
Phương pháp mô hình hóa cho phép tiến hành nghiên cứu trên những mô hình (vật chất hay ý niệm (tư duy)) do người nghiên cứu tạo ra (lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn đối tượng thực) để thay thế việc nghiên cứu đối tượng thực. Điều này thường xảy ra khi người nghiên cứu không thể hoặc rất khó nghiên cứu đối tượng thực trong điều kiện thực tế. Phương pháp mô hình hóa xem xét đối tượng nghiên cứu như một hệ thống (tổng thể), song tách ra từ hệ thống (đối tượng) các mối quan hệ, liên hệ có tính GVHD:ThS. Nguyễn Tấn Hòa Trang 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua Webserver quy luật có trong thực tế nghiên cứu, phản ánh được các mối quan hệ, liên hệ đó của các yếu tố cấu thành hệ thống - đó là sự trừu tượng hóa hệ thống thực.
Dùng phương pháp mô hình hóa giúp người nghiên cứu dự báo, dự đoán, đánh giá các tác động của các biện pháp điều khiển, quản lý hệ thống.Ví dụ: sử dụng phương pháp phân tích cấu trúc (đặc biệt là cấu trúc không gian, các bộ phận hợp thành có bản chất vật lý giống hệt đối tượng gốc) để phản ánh, suy ra cấu trúc của đối tượng gốc như: mô hình động cơ đốt trong, mô hình tế bào, sa bàn. Cụ thể ở đây chúng em dùng phương pháp nghiên cứu trên mô hình nhà kính thu nhỏ sẽ đề cập cụ thể ở các chương tiếp theo. Ngoài ra chúng em còn sử dụng phương pháp thu thập thông tin từ nhiều nguồn như: tham khảo tài liệu trên mạng, những báo cáo khoa học trong và ngoài nước để làm cho thông tin nghiên cứu thêm phong phú, khách quan. Hướng Thực hiện Sau khi xác định được đối tượng, chủ thể và giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc xác định mục tiêu sẽ là bước quan trọng kế tiếp nhằm định hướng đúng đắn cho quy trình thực hiện đề tài.
Dùng phần PLC S7 1200 thông qua các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để thiết lập một mô hình nhà kính có thể điều khiển tự động, giám sát từ xa. Nhằm mục đích đem lại một môi trường sinh trưởng tốt nhất cho cây trồng. Nghiên cứu các ứng dụng của PLC Siemens vào điều khiển chu trình chăm sóc nuôi trồng cây nông nghiệp. Thiết kế giao diện người dùng trên Web server cho hệ thống giám sát điều khiển chăm sóc cây đồng thời tìm hiểu giao thức kết nối giữa Web server và PLC.
Cài đặt các thông số cho phù hợp và chính sát với môi trường hiện tại. - Thiết kế mô hình: PLC S7 1200 Hình 1.3 Mô phỏng mô hình GVHD:ThS. Nguyễn Tấn Hòa Trang 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua Webserver - Thiết kế tủ điện điều khiển - Thiết kế và tính toán chọn moto bơm, quạt, đèn, động cơ rèm… - Lập trình cho PLC S7 1200 theo yêu cầu của đề tài, ổn định mực nước theo thông số cài đặt. - Xây dựng hệ thống Web server để điều khiển và giám sát.
Nguyễn Tấn Hòa Trang 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua Webserver CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Giới thiệu về mô kính và mica sử dụng để trồng nhiều loại trái cây và rau quanh năm. Nhà kính là một thuật ngữ chung dùng để đề cập đến việc sử dụng một vật liệu trong suốt hoặc bán trong suốt được hỗ trợ trong một khung sương làm bằng thép(hoặc có thể bằng tre đặt ở Việt Nam) trong một khu vực xác định cho cây trồng sinh sống phát triển (ở đây vật liệu bao phủ là kính ,mica,hoặc tấm nhựa ) 2.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu và cấu tạo nhà kính Do tính ứng dụng vào thực tiễn rất cao của mô hình nên chúng em lựa chọn vật liệu khung sương là thép hộp, kết hợp với tấm hình nhà kính Ngày nay, sự ứng dụng của chúng đã mang lại sự phát triển rất nhanh cho ngành nông nghiệp. Người La Mã cổ đại đã phát triển nhà kính đầu tiên bằng chất liệu tương tự như Nhựa PE trong suốt bao phủ xung quanh để có thể đáp ứng được nhu cầu nghiên cứu và ứng dụng của đề tài đưa ra. 1 Mô hình nông trại nhà kính GVHD:ThS.
Nguyễn Tấn Hòa Trang 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua Webserver Tổng quan về PLC [2] PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được). Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điềukhiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình.