ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, nghề nuôi tôm dần trở thành một nghề thay thế cho nông nghiệp trồng lúa nước khi diện tích đất bị xâm nhập mặn tăng ở các vùng đồng bằng sông Cửu Long. Nghề nuôi tôm mang lại lợi ích thiết thực, tăng nguồn thu nhập cho nông dân. Việc chuyển đổi cơ cấu sang nuôi tôm mang lại nguồn thu lớn cho nông dân cũng như ngoại tệ cho xuất khẩu thủy sản ở nước ta. Nhưng khi sản xuất càng phát triển, điều kiện cho sản xuất ngày càng khó hơn, do việc đầu tư ồ ạt cho nuôi tôm dẫn đến ngườn nước bị ô nhiễm, việc sản xuất gặp khó khăn.
Nhười nuôi tôm giờ đây không thể tự do lấy nước từ các con sông lớn vào nuôi được nữa mà phải xử lý ô nhiễm và phải thường xuyên theo dõi tình hình tôm, tình hình nước trong hồ nuôi. Cùng với đó là sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là internet, các trang mạng xã hội lần lượt ra đời. Hầu hết, các ứng dụng của con người ngày nay đều có liên quan ít nhiều đến internet. Từ những thiết bị di động thông minh đến các vật dụng nhỏ nhất trong nhà đều được kết nối internet.
Chính vì lẽ đó, yêu cầu đặt ra là xây dựng cơ cấu giám sát nuôi tôm linh hoạt hơn, giúp trong quá trình nuôi, hồ nuôi luôn được theo dõi thường xuyên theo thời gian, và cảnh báo ngay khi có sự cố khi có những yếu tố bất thường xảy ra. Nắm bắt được điều đó, nhóm xây dựng hệ thống giám sát hồ nuôi tôm. MỤC TIÊU Đề tài hướng đến xây dựng hệ thống giám sát liên tục thông số nhiệt độ và pH của hồ nuôi tôm, truyền dữ liệu để lưu trữ trên Internet, cảnh báo cho người nuôi tôm kịp thời các vấn đề bất thường của hồ nuôi tôm thông qua tin nhắn và cuộc gọi điện thoai, đồng thời hệ thống điều khiển động cơ quạt theo thời gian thực,,, hiển thị thông số đó lên màn hình LCD và màn hình chuẩn VGA. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1 do an CHƯƠNG 1.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu xoay quanh quá trình giám sát hồ nuôi tôm trong suốt quá trình nuôi, giám sát thông số hồ nuôi và lưu trữ dữ liệu lại trên website cũng như thông báo khi có sự cố bất thường. NỘI DUNG 1: Thu thập, upload và lưu trữ dữ liệu giám sát hồ nuôi tôm. NỘI DUNG 2: Tự động điều khiển động cơ theo thời gian thực. NỘI DUNG 3: Tự động đưa ra các cảnh báo tại chỗ cũng như cảnh báo từ xa thông qua thực hiện cuộc gọi cũng như tin nhắn SMS cho chủ sở hữu.
NỘI DUNG 4: Thiết kế mô hình. NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện. NỘI DUNG 6: Đề ra các biện pháp cải tiến. GIỚI HẠN Đề tài giới hạn ở những mục như sau: Đề tài chỉ xây dựng mô hình giám sát thông số pH và nhiệt độ trong hồ nuôi tôm.
Số thiết bị điều khiển tối đa qua relay chỉ là 4. Giám sát thiết bị dừng lại ở 2 thiết bị thông qua sử dụng 2 cảm biến Hall. Mạch giới hạn ở việc upload dữ liệu chỉ sử dụng dây mạng và code chưa mở rộng cho chức năng wifi hay dùng sim. Mạch trung tâm được giám sát trong nhà và không dùng cho ngoài trời.
BỐ CỤC Chương 1: TổngQuan Chương2: CơSởLýThuyết Chương3: ThiếtKếvàTínhTóan Chương4: Thi Công Hệ Thống Chương 5: KếtQuả, NhậnXétvàĐánhGiá Chương6: KếtLuậnvàHướngPhátTriển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT HỒ NUÔI TÔM 2.1 Quy trình nuôi tôm Về cơ bản, nuôi tôm có thể bao gồm 4 công đoạn trong suốt quá trình nuôi: a) Lập kế hoạch nuôi tôm Dựa vào khả năng tài chính, trình độ kỹ thuật và kinh nghiệm nuôi của mình mà hộ nuôi có thể đưa ra được quy mô diện tích nuôi, hình thức nuôi và đối tượng nuôi cho phù hợp. Ngoài ra còn lựa chọn nguồn giống, nguồn cung cấp thức ăn nuôi cũng như hóa chất xử lý hồ nuôi tôm. b) Xử lý hồ nuôi tôm Xử lý hồ nuôi tôm là bước rất quan trọng vì chất lượng nước đóng vai trò quan trọng đầu tiên.
Các thông số phải phù hợp cho tôm sống và phát triển, hồ phải được diệt cá cũng sinh vật khác ảnh hưởng đến tôm. Cải tạo, xử lý hồ nuôi tôm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đối với các hồ bình thường phải tuân thủ quy trình xử lý nghiêm ngặt như bơm bùn, bón vôi, diệt cá, xử lý oxy,gây màu nước.nhưng đối với hồ nuôi đã bị dịch bệnh, hồ nuôi cần được ngâm nước trong thời gian 15-20 ngày, sau đó xử lý nước bằng clorua và tiếp tục ngâm trong 5-7 ngày mới tiến hành cải tạo màu nước, chất lượng nước. c) Giám sát trong quá trình nuôi Giám sát hồ nuôi tôm trong quá trình nuôi là cực kỳ quan trọng, các thông số hồ nuôi không bao giờ ổn định vì chịu nhiều yếu tố thời tiết tác động như mưa, nắng, gió,.
Theo dõi quá trình phát triển của tôm Nếu như xử lý trước vụ là quan trọng thì giám sát là khâu quan trọng nhất, vì vụ tôm trải qua quá trình thường 3 tháng nên giám sát cực kỳ quan trọng, ngoài ra quạt phải được quạt cung cấp oxy đầy đủ, thức ăn phải cho ăn đúng giờ, các yếu tố đó cũng quan trọng vì chỉ cần quạt không quay thì tôm cũng sẽ bị thiếu oxy. Tôm cần được theo dõi liên tục để có thể biết tiến độ và sự phát triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT d) Thu hoạch Vụ tôm dài, bước thu hoạch cũng quan trọng để sao cho nhanh gọn mà lại đúng thời điểm để có giá cao, tăng thu nhập, ngoài ra thu hoạch sao cho lúc tôm nặng ký nhất cũng quan trọng đến năng suất và giá thành.2 Mô tả quy trình giám sát hồ nuôi tôm Trong quá trình nuôi tôm, người nuôi tôm thường đo đạc thông số pH, giám sát các đặc điểm nước hồ nuôi, quan sát màu nước để tự đánh giá theo kinh nghiệmcũng như can thiệp vào môi trường nuôi thông qua hóa chất, chất xử lý.
Quạt nước cung cấp oxy: tùy vào từng thời kỳ tôm phát triển mà thời gian quạt nước cũng khác đi, tôm càng lớn, lượng oxy hòa tan trong nước cần càng nhiều nên quạt càng nhiều, do đó người nuôi phải thức canh cho tôm kể cả ban đêm. Giám sát liên tục hồ nuôi tôm là nhiệm vụ tiên quyết vì phát hiện sớm sự cố sẽ giảm tối thiểu rủi ro trong quá trình nuôi tôm.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào: cảm biến pH, cảm biến nhiệt độ DS18B20, cảm biến dòng HALL, nút nhấn điều khiển và các ngõ vào Analog và ngõ vào số mở rộng. Thiết bị đầu ra: IC driver hiển thị màn hình VGA, màn hình LCD16x2, các ngõ ra Relay và các ngõ ra số mở rộng. Thiết bị điều khiển trung tâm: Board Arduino Mega 2560 Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, SPI, I2C, SIM, Internet … Thiết bị lưu trữ: Website Thingspeak, thẻ nhớ.
Thiết bị thời gian thực: Module Realtime DS1307 Thiết bị giao diện nhận cảnh báo: điệnthoại BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2.1 Mođun cảm biến pH và cảm biến nhiệt độ DS18B20 Giám sát thông số của nước là rất quan trọng, hồ nuôi tôm cần có độ pH cũng như nhiệt độ thích hợp để tôm phát triển, nước nóng quá tôm chết, nước có độ pH quá cao hay quá thấp tôm cũng sẽ chậm phát triển hoặc chết. Trong đồ án sử dụng module cảm biến pH Logo V2. Mô đun cảm biến pH và cảm biến nhiệt độ DS18B20 *Các thông số kỹ thuật - Điện áp : 5VDC +- 0.2V - Dòng hoạt động 5-10mA - Phạm vi pH: 0-14 - Phạm vi nhiệt độ: 0-100 0C.1 pH ở 25 độ C - Thời gian đáp ứng: <=5 s - Thời gian ổn định <=60s - Tuổi thọ tối đa: 3 năm/cảm biến - Các cảm biến tích hợp gồm: 1 đầu điện cực dò pH (pH probe), cảm biến nhiệt độ DS18B20 và một cảm biến LM35. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2. Chức năng của từng chân mođun cảm biến Logo pH V2.0 Chân Chức năng VCC Cấp nguồn 5V GND Chân Mass P0 Ngõ ra tương tự của cảm biến pH T1 Ngõ ra tương tự của cảm biến nhiệt độ LM35 T2 Ngõ ra tương tự của cảm biến nhiệt độ DB18B20 a) Cảm biến pH Để đo đạc nồng độ pH trong nước, người ta dựa vào tính chất axit hoặc tính kiềm, nếu như nước là axit thì nồng độ lớn hơn nồng độ ngược lại với nước mang tính kiềm. Axit là những chất phân tách để giải phóng các ion Hydro hoặc phản ứng với nước để tạo thành các ion Hydro. Giá trị nồng độ ion hoặc dùng để quy đổi ra giá trị pH[12].
Giá trị pH theo nồng độ ion H hoặc OH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dựa vào các đặc tính hóa học đó, người ta tạo ra một điện cực pH gồm một ống kính trơ với đầu dò pH nhạy cảm có dạng hình cầu, thường làm bằng thủy tinh, đầu dò được lấp đầy bằng dung dịch có nồng độ pH xác định, khi đo đạc, sự ảnh hưởng của môi trường bên ngoài sẽ làm phát sinh một số phương trình phản ứng hóa học, phương trình trao đổi ion xảy ra, trên lớp bề mặt các ion Hydro di chuyển thay thế các ion natri hoặc kaly bên trong, hoạt động này phát sinh điện áp với giá trị hàng milivon theo phương trình: Trong đó: R là hằng số khí lý tưởng T là nhiệt độ Kelvin đo đạc F là hằng số Faraday Dòng điện tạo ra (có thể là tích cực hoặc thụ động) là rất yếu và không thể được phát hiện với một đồng hồ đo bình thường, hoặc không thể đọc tín hiệu chuyển đổi ADC, bởi vì tín hiệu điện rất yếu nên có thể dễ dàng bị phá vỡ và việc đo đạc cần phải có kết nối hoặc cáp chuyển đổi hoặc phải có khuếch đại thích hợp. Khi đo pH có mối quan hệ đặc biệt vào giá tri nhiệt độ môi trường đo, chính vì thế độ phân giải cũng bị ảnh hưởng theo Hình 2. Biểu đồ thay đổi độ phân giải của cảm biến pH theo nhiệt độ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2.