đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đề tài. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này trình bày giới thiệu phần cứng của hệ thống điều khiển và giám sát, giới thiệu hệ thống Webserver và app Android. - Chương 3: Thiết kế và tính toán.
Chương này trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạch của hệ thống: mạch điều khiển trung tâm, mạch điều khiển các thiết bị ngõ ra có sử dụng relay, mạch nguồn cung cấp điện áp – dòng điện cho cả hệ thống. - Chương 4: Thi công hệ thống. Chương này trình bày về sơ đồ mạch in PCB, cách lập trình, cách kiểm tra các mạch của toàn hệ thống. Bên cạnh đó là hình ảnh thực tế, cũng như các kết quả mà hệ thống có tính tới thời điểm hiện tại.
- Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá. Chương này trình bày các kiến thức, cũng như các kỹ năng mà nhóm có được sau khi thực hiện đề tài như: sử dụng các cảm biến, truyền – nhận thông tin qua Wifi hay qua Bluetooth, điều khiển các thiết bị bằng board Arduino Mega 2560 và giám sát – điều khiển trên Website, trên ứng dụng chạy bằng hệ điều hành Android. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Chương này trình bày những kết quả mà đề tài đạt được, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện và đáp ứng được nhu cầu cho cuộc sống hiện đại như ngày nay.
B Bộ môn Điện tử công nghiệp – Y sinh Trang 4 do an 2. Cơ Sở Lý Thuyết Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 2. Hệ thống nhà kính [5] 2. Giới thiệu nhà kính Nhà kính (greenhouse) là công trình thường có cạnh (vách bao che xung quanh) và mái làm bằng nilon (film), bằng màng nhựa (plastic), hoặc bằng kính (hoặc vật liệu tương tự) dùng để trồng rau hoa quả để tránh tác động nhất thời của thời tiết như mưa to gió mạnh và sự thâm nhập của côn trùng gây hại.
Nhà kính là một trong những mô hình hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp theo hướng công nghệ cao. Sử dụng nhà kính để trồng hoa, rau, cây cảnh và cây thuốc đang ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới, do ưu điểm chế ngự được các hạn chế của thiên nhiên như đất, khí hậu, nước, gió mạnh, bão… cho năng suất cao gấp 3 – 4 lần so với trồng ngoài trời theo phương thức cũ. Nhà kính phù hợp với yêu cầu để phát triển nông nghiệp bền vững, cho phép kiểm soát đầy đủ và chặt chẽ hầu hết các thông số của quá trình sản xuất như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, khí carbonic, khí ôxy…, kể cả việc sử dụng tối ưu đất canh tác để đáp ứng cho sự sinh trưởng, phát triển tốt nhất của cây trồng và kiểm soát được sâu bệnh hại để đạt sản lượng cao nhất.1: Hình ảnh thực tế bên trong nhà kính Bộ môn Điện tử công nghiệp – Y sinh Trang 5 do an 2. Cơ Sở Lý Thuyết Hiện nay, ở nhiều nước phát triển trên thế giới như Hà Lan, Israel, Nhật Bản, Pháp, Mỹ và mới đây là Trung Quốc, … đã và đang phát triển ứng dụng rất rộng rãi các mô hình nhà kính trồng rau, hoa…Các nhà kính hiện đại có các dạng cấu trúc và kết cấu khác nhau phù hợp với điều kiện khí hậu, kinh tế mỗi nước.
Ở Việt Nam, với hơn 70% dân số làm nông nghiệp, ngành nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn. Trong hơn 10 năm qua, sản xuất nông nghiệp ở nước ta đã đạt được những thành tựu trong các lĩnh vực chọn tạo giống, kỹ thuật canh tác…tạo ra khối lượng sản phẩm, hàng hoá đáng kể góp phần thúc đẩy tăng trưởng nền kinh tế quốc dân. Việc áp dụng mô hình nhà kính trong sản xuất nông nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo chất lượng và số lượng. Nhà kính là một khu sản xuất bậc cao của vườn ươm.
Nước ta cần có nhà kính để sản xuất cây hoa nhiệt đới và sản xuất cây cảnh cắt hoa mùa đông. Nhà kính có nhiều loại, thông thường dựa vào yêu cầu sử dụng, nhiệt độ, kết cấu kiến trúc để phân loại: a. Dựa vào nhiệt độ mà chia ra các nhà kính nhiệt độ cao, vừa, thấp và lạnh: - Nhà kính nhiệt độ cao để trồng các loại cây nhiệt đới, đòi hỏi nhiệt độ từ 18-320C, thích hợp nhất là 240C. Nhà kính này có thể gieo hạt cây hoa thân cỏ 1 đến 2 năm.
- Nhà kính nhiệt độ thấp để trồng các loại cây nhiệt đới và một phần cây nguyên sản ôn đới. Nhiệt độ trong nhà này thường từ 6-180C, thích hợp nhất là 140C. - Ngoài ra còn có nhà kính lạnh ở nhiệt độ 60C để bảo quản các loài cây hoa. Các nhà kính nhỏ tùy theo kinh phí mà lập chung với các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Dựa vào nhu cầu cây trồng mà chia ra: - Nhà kính để tham quan, thường dùng cho công viên, vườn thực vật, viện nghiên cứu thực vật, trường đại học, yêu cầu phải đẹp, lối đi rộng, bố trí các giá cao thấp khác nhau trong nhà kính, đồng thời bố trí các loài cây có nhiệt độ, độ ẩm khác nhau mà trưng bày các loài cây thích hợp. - Nhà kính sinh sản để cung cấp cho gieo hạt, giâm cành, chăm sóc cây con. Luống thường bố trí trên đất. Luống giâm cành có thể có thể có thiết bị ấm để tăng cường nhiệt độ mặt đất.
- Nhà kính sản xuất dùng để sản xuất và nuôi dưỡng các loài hoa chậu vào mùa đông. Do chậu hoa có kích thước khác nhau, nhà kính nên có bờ tường cao 2,5 – 3m Bộ môn Điện tử công nghiệp – Y sinh Trang 6 do an 2. Cơ Sở Lý Thuyết để tiện cho việc lắp đặt chậu. Trong nhà có thể đặt các giá bậc thang để lợi dụng không gian.
- Nhà kính trồng cây lớn dùng để trồng các loài hoa mùa đông, cung cấp thỏa mãn nhu cầu ngày tết và các ngày lễ lớn. Nhiệt độ trong nhà kính dần dần được nâng cao theo sinh trưởng của nụ hoa, kết cấu nhà kính tùy theo nhu cầu, không nên quá to. Dựa vào các loài thực vật: - Chia ra các loại nhà kính khác nhau như nhà kính hoa lan, nhà kính hoa cúc, nhà kính các loài cây cọ, nhà kính các loài cây ăn quả nhiệt đới, nhà cây họ quyết, nhà cây họ hoa hồng, … d. Dựa vào kết cấu nhà kính: - Chia ra nhà một mái, nhà hai mái, nhà hai mái không bằng nhau.
Ngoài ra còn có nhà hình yên ngựa, nhà hình tam giác, nhà hình trò, … - Những ưu điểm của trồng rau theo mô hình nhà kính trồng rau sạch: Khắc phục được điều kiện khí hậu và thời tiết. Mở rộng mùa vụ trồng trọt. Tăng năng suất cây trồng. Kiểm soát được khí hậu và sâu bệnh.
Cấu trúc nhà kính a. Ý tưởng thiết kế Điều khiển các thiết bị trong nhà kính từ xa bằng Điện thoại di động và máy tính thông qua module truyền nhận Wifi và module Bluetooth, giá thành thấp hiệu suất cao rất phù hợp với sản xuất nông nghiệp. Xây dựng phần mềm điều khiển trên Điện thoại di động và Website giúp chúng ta có thể tự động điều khiển và giám sát môi trường nhà kính một cách chủ động và tiện lợi và đặc biệt là ở một khoảng cách xa thông qua hệ thống cơ cấu chấp hành và hệ thống cảm biến. Thiết kế nhà kính Nhà kính được cấu tạo gồm: khung nhà kính và các thiết bị điện.
Ở đây, chúng ta tập trung đề cập đến các thiệt bị điện bao gồm: hệ thống cảm biến, hệ thống cơ cấu chấp hành và hệ thống cấp nguồn. Bộ môn Điện tử công nghiệp – Y sinh Trang 7 do an 2. Cơ Sở Lý Thuyết Hình 2.2: Khung nhà kính Mô hình nhà kính bao gồm 2 phần: nhà chính và các phần phụ. Nhà chính có kích thước theo yêu cầu.
Đây là phần để nuôi trồng và lắp đặt các hệ thống cảm biến và các thiết bị trong nhà kính. Ngoài ra, còn có thêm một số thành phần phụ như động cơ, bồn nước… 2. Điều kiện canh tác a. Điều kiện canh tác cà chua - Nhiệt độ thích hợp cho cây cà chua là trong khoảng 24 – 300C - Cây ưa ánh sáng, thời gian chiếu sáng thích hợp từ 11 – 13giờ/ngày, thiếu ánh sáng cây mọc vóng, yếu ớt, thời gian hình thành quả kéo dài, tỉ lệ rụng hoa cao.
- Cà chua đòi hỏi đất trồng thoáng khí, thoát thủy tốt, cây tương đối chịu hạn, nhưng yêu cầu nước nhiều nhất là ra hoa rộ và lúc quả tăng trưởng. Độ ẩm thích hợp cho cây khoảng 70% – 80%, khi độ ẩm đất khoảng 65% - 70% cây sẽ bị úng nước. Nếu ẩm độ không khí qúa thấp, lá quăn lại làm quang hợp giảm, rút ngắn thời gian sinh trưởng, ảnh hưởng năng suất. Ẩm độ không khí cao, cây chống chịu với sâu bệnh kém.
- Cà chua thích hợp đất thịt pha cát, nhiều mùn hay đất phù sa hữu cơ. pH thích hợp 5,5 – 7,0. Điều kiện canh tác rau cải bắp - Nhiệt độ thích hợp cho cải bắp là trong khoảng 180C – 200C. - Ánh sáng trung bình từ 10 giờ đến 12 giờ mỗi ngày rất thuận lợi để cây phát triển.
- Độ ẩm đất thích hợp cho cây khoảng 75% - 85%. Đất quá ẩm (trên 90%) kéo dài. Bộ môn Điện tử công nghiệp – Y sinh Trang 8 do an 2. Cơ Sở Lý Thuyết - Từ 3 – 5 ngày sẽ làm rễ nhiễm độc, vì vậy cây hoạt động trong môi trường yếm khí.
- Độ ẩm không khí thích hợp cho cây khoảng 80% - 90%. - Cây thích hợp với loại đất thịt nhẹ, tốt nhất là đất phù sa bồi. Các chuẩn giao thức sử dụng trong thiết kế đề tài a. Giao thức MQTT [7] Giao thức MQTT, là viết tắt của cụm từ “Message Queuing Telemetry Transport”.
MQTT là một giao thức truyền dữ liệu giữa nhiều thiết bị thông qua một trạm trung gian (gọi là Broker – là một application chạy trên máy tính Server/Cloud).3: Tổng quan về giao thức MQTT - Khái niệm cơ bản của MQTT Client: là thiết bị IoT muốn gửi/nhận dữ liệu trong Network. Broker: là thiết bị trung gian nhận dữ liệu từ các Client muốn gửi và gửi dữ liệu đó tới các Client muốn nhận. Topic: tượng trưng cho loại dữ liệu mà các thiết bị Client gửi/nhận thông tin qua MQTT. Topic là 1 chuỗi UTF-8 text tượng trưng cho tên loại dữ liệu.