CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN giới hạn như: chưa điều khiển được online từ xa, chưa áp dụng công nghệ làm mát cooling để giảm nhiệt nhanh và cấp ẩm một cách tự nhiên cho nhà kính, chưa có chế độ lưu trữ nhiều loại cây trồng khác nhau để người dùng có thể thêm hoặc thay đổi điều kiện trồng cây trong nhà kính theo ý muốn, một trang web với giao diện trực quan và thân thiện với người dùng. Nhà kính ứng dụng điều khiển tự động Với đề tài này nhóm em đặt mục tiêu sẽ tạo ra hệ thống nhà kính thông minh khắc phục được những hạn chế nêu trên, đáp ứng được yêu cầu vừa ứng dụng được sự phát triển của công nghệ kỹ thuật trong sản xuất để nâng cao được năng suất, chất lượng của sản phẩm mà không phụ thuộc nhiều vào các điều kiện ngoại cảnh và nguồn lao động thủ công, vừa đáp ứng được nhu cầu sử dụng thực phẩm sạch của người dân. Việc xây dựng một hệ thống nhà kính hoàn toàn tự động với độ tin cậy cao và có thể theo dõi và vận hành từ xa sẽ giúp đơn giản hóa việc công việc trồng trọt của nhà nông, đồng thời đảm bảo được chất lượng và sản lượng nông sản đáp ứng cho thị trường nông sản sạch đang khá khan hiếm ở nước ta. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là đất nước có có truyền thống nông nghiệp lâu đời, kinh tế của nước ta cũng phụ thuộc rất lớn vào sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu nông.
Theo thống kê, Nông sản Việt Nam có mặt trên 180 quốc gia và vùng lãnh thổ, xếp vị trí thứ 2 về xuất khẩu nông sản ở khu vực Đông Nam Á và thứ 15 trên toàn thế giới. Điều này vừa là lợi thế, BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN vừa là thách thức đối với Việt Nam. Khi xuất khẩu và tiêu thụ nội địa nông sản càng phát triển, thì những yêu cầu về năng suất và chất lượng sản phẩm cũng ngày càng cao hơn. Do đó, việc phát triển một mô hình nhà kính thông minh ứng dụng khả năng điều khiển tự động với độ tin cậy cao để đáp ứng được các yêu cầu về nông sản sạch cho thị trường nội địa và xuất khẩu là vô cùng cần thiết.
Đồng thời, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất cũng là rất quan trọng. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt động vận hành, mà còn có thể giúp giảm chi phí nhân công cho hoạt động canh tác. Mục tiêu nghiên cứu Tạo ra được một mô hình nhà kính thông minh có thể vận hành một cách tự động, hạn chế tối đa sự can thiệp của con người và các yếu tố ngoại cảnh. Hệ thống có thể thu thập dữ liệu các thông số nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí một cách liên tục từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển một cách chính xác.
Giao diện web sever trực quan, thân thiện với người dùng có thể theo dõi và cài đặt các thông số cũng như các chế độ điều khiển tự động hay thủ công online từ xa. Ngoài ra, hệ thống web sever còn có chức năng cài đặt đáp ứng của nhà kính theo từng giai đoạn phát triển của cây, cũng như thêm vào nhiều loại cây trồng với các điều kiện sống khác nhau để người sử dụng có thể tùy ý thay đổi hoặc thêm vào loại cây mà mình mong muốn. Đối tượng nghiên cứu - Thiết kế và vận hành hệ thống nhà kính thông minh. - Các cảm biến và thiết bị đáp ứng thông số trong nhà kính như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, đèn, quạt, bơm tưới, bơm “cooling”, động cơ,… - Tìm hiểu các tính năng PLC siemens S7-1200 và phần mềm TIA portal với ngôn ngữ lập trình Ladder để viết chương trình điều khiển hệ thống.
- Phần mềm Visual Studio Code với ngôn ngữ lập trình HTML để tạo ra giao diện web sever có thể cập nhật các thông số và điều khiển hệ thống từ xa. - Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu Firebase làm trung gian để lưu trữ và truyền nhận dữ liệu. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - Phần mềm Visual Studio với ngôn ngữ lập trình C# để lập trình giao tiếp và truyền dữ liệu giữa PLC với cơ sở dữ liệu Firebase, và từ Firebase đến giao diện web sever để có thể quan sát và điều khiển từ xa. Phương pháp nghiên cứu Khảo sát những khó khăn của người nông dân nói chung và các hệ thống nhà kính hiện nay nói riêng để đưa ra hướng phát triển thích hợp.
Nghiên cứu ứng dụng PLC s7-1200 vào lập trình nhà kính tự động. Tìm hiểu và lựa chọn các loại cảm biến, các thiết bị vận hành nhà kính thích hợp với mô hình Tham khảo các đề tài nhà kính trước đó, tìm hiểu các hạn chế còn gặp phải, đưa ra giải pháp và hướng phát triển hoàn thiện hơn nữa. Tìm hiểu lập trình web sever có thể theo dõi, thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa. Phạm vi nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu chỉ dừng ở mức độ mô hình để mô phỏng và điều khiển.
- Kiểm chứng khả đáp ứng của nhà kính theo các điều kiện người dùng thiết lập. - Điều khiển các hệ thống bơm, quạt, đèn, rèm dựa vào các số liệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí trả về. - Tạo ra giao diện web sever thân thiện với người dùng có thể quan sát và điều khiển từ xa. Nội dung đề tài Các phần còn lại của đề tài bao gồm: Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này sẽ tập trung vào mô hình nhà kính, đồng thời đề cập đến những hình ảnh yếu tố ảnh hưởng đến điều tiết khí hậu trong nhà kính.
Trọng tâm sẽ tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí và đất. Bên cạnh đó, chương trình còn giới thiệu ứng dụng trình điều khiển PLC S7-1200 kết hợp với máy chủ web giao tiếp tiếp theo để giúp giám sát và hệ thống điều khiển từ xa. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương này sẽ trình bày chi tiết các yêu cầu thiết kế và quy trình vận hành của hệ thống, nhằm hỗ trợ việc thiết kế các chi tiết phần cứng và lựa chọn các thiết bị thích hợp. Phân tích và đánh giá các lựa chọn phần cứng để xác định giải pháp tối ưu; và thiết kế sơ bộ các mô-đun phần cứng cùng các kết nối.
Bên cạnh đó thiết kế giao diện người dùng và thu thập dữ liệu hệ thống. Chương 4: Kết quả và đánh giá Chương này sẽ trình bày chi tiết về các kết quả cả từ phía phần cứng và phần mềm mà nhóm đã đạt được trong quá trình thiết kế và phát triển hệ thống. Đây là phần quan trọng để đánh giá mức độ hoàn thành của dự án và xem liệu các mục tiêu đề ra đã được đáp ứng như mong đợi hay chưa. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Chương này sẽ trình bày những mục tiêu mà đề tài nghiên cứu đã đạt được cũng như những hạn chế mà đề tài còn gặp phải, từ đó đưa ra các hướng phát triển để đề tài nghiên cứu có thể ngày càng hoàn thiện hơn nữa và có thể ứng dụng tốt vào thực tiễn.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu nhà kính Nhà kính là một kiểu nhà có tường và mái được làm bằng kính hoặc vật liệu trong suốt tương tự, được dùng để trồng rau, quả. Cấu trúc này giúp che chắn, bảo vệ cây trồng khỏi các tác động bất lợi của thời tiết như mưa to, gió mạnh. Ngoài ra, nhà kính còn tạo một môi trường sống thuận lợi cho cây trồng, ngăn chặn sâu bệnh, tia cực tím và các chất độc hại khác, để cây có thể sinh trưởng và phát triển tốt hơn.
Hệ thống nhà kính trồng cây Nhà kính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, không chỉ trong nông nghiệp mà còn cả trong nghiên cứu khoa học và công nghiệp. Công nghệ này giúp tạo ra môi trường sống lý tưởng cho việc trồng trọt và chăm sóc thực vật, bằng cách kiểm soát các điều kiện như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng một cách hiệu quả. Nhờ đó, nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực liên quan đến trồng trọt và phát triển thực vật. Cấu trúc và phân loại nhà kính Cấu trúc của một nhà kính thường có là: khung giàn; vật liệu che phủ nhà kính và các vật tư phụ.
Khung giàn: Là bộ khung chính hỗ trợ cấu trúc, thường được làm từ thép mạ kẽm, nhôm, ống nhựa PVC, hoặc gỗ đã qua xử lý. Hệ thống che phủ: Thường là kính hoặc màng nhựa như polyetylen, giúp tạo ra môi trường kiểm soát bên trong nhà kính. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nhà kính được phân loại theo nhiều yếu tố khác nhau, phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng và môi trường cụ thể: ❖ Phân loại dựa trên cấu trúc mái: - Nhà kính mái phẳng: dễ dàng thiết kế, xây dựng và bảo trì. Phù hợp với các vùng khí hậu ôn hòa.
- Nhà kính mái vòm: Thiết kế hình vòm cung cấp không gian rộng rãi và tối đa được lượng không khí lưu thông. Phù hợp với các loài cây lớn. - Nhà kính mái xéo: Thiết kế mái nghiêng tối ưu hóa lượng ánh sáng mặt trời nhận được. Phù hợp hầu hết các loại cây trồng.
❖ Phân loại dựa trên công nghệ: - Nhà kính công nghệ cao: Được tích hợp các hệ thống đáp ứng nhiệt độ, độ ẩm, thông gió, ánh sáng tiên tiến. Cho phép kiểm soát môi trường chi tiết. - Nhà kính công nghệ trung bình: Có một số thiết bị điều khiển đơn giản, nhưng không phức tạp như công nghệ cao. - Nhà kính công nghệ thấp: Thiết kế đơn giản, ít hoặc không có hệ thống điều khiển tự động.
thích hợp với ngân sách thấp. ❖ Phân loại dựa trên vật liệu: - Màng nhựa (plastic): Rẻ, nhẹ, dễ lắp đặt nhưng ít bền. - Tấm kính: Bền, trong suốt tối ưu ánh sáng, nhưng giá thành cao hơn. - Tấm polycacbonate: Vừa rẻ vừa bền, khá trong suốt, dễ gia công.
❖ Phân loại dựa trên chi phí: - Nhà kính chi phí cao: Có thiết kế tối ưu với công nghệ tiên tiến, vật liệu cao cấp. - Nhà kính chi phí trung bình: Thiết kế và công nghệ cơ bản, phù hợp với nhiều nhà vườn. - Nhà kính chi phí thấp: Thiết kế đơn giản, vật liệu rẻ tiền, phù hợp với ngân sách hạn chế.