Chương 1: Tổng quan 2 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế phần cứng Chương 4: Thiết kế phần mềm Chương 5: Kết quả đạt được Chương 6; Kết luận và hướng phát triển 1.5 Phương pháp nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu 1.1 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài cần thực hiện các phương pháp nghiên cứu: - Xác định mục tiêu, phạm vi của đề tài. - Tìm hiểu về các yêu cầu của hệ thống nhà kính và kỹ thuật trồng nấm bào ngư từ Internet. - Tham khảo các thiết bị, mạch điều khiển có trên thị trường. - Kết hợp kiến thức đã học, ý tưởng thực hiện với sự hướng dẫn của giảng viên để chọn phương án thiết kế tối ưu nhất cho hệ thống.2 Đối tượng nghiên cứu Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhà kính trồng nấm” có các đối tượng cần nghiên cứu: - Đối tượng cây trồng: nấm bào ngư.
- Bộ điều khiển trung tâm dùng PLC. - Các thiết bị ngoại vi kết nối với PLC: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm,… - Mô hình nhà kính được sử dụng.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu cảu đề tài có thể ứng dụng xây dựng một mô hình hệ thống điều khiển và giám sát nhà kính, áp dụng cho việc trồng rau củ quả của từng hộ gia đình. Ngoài ra, nghiên cứu này có thể sử dụng để làm tiền đề cho các đề tài nghiên cứu lớn hơn về mô hình này của nhóm. Mô hình kết quả cảu đề tài có thể làm thiết bị thí nghiệm tốt và trực quan hơn phục vụ cho sinh viên của các trường Đại học.
3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhà kính Nhà kính là một công trình có mái và tường được làm bằng kính, màn nhựa hoặc các vật liệu tương tự dùng để trồng rau, củ, quả tránh được tác động của môi trường như gió to mưa lớn. Sử dụng nhà kính là một lợi thế cho việc kiểm soát sâu bệnh ngăn chặn sự xâm nhập của nấm, vi khuẩn từ bên ngoài vào. Kiểm soát được chính xác môi trường phát triển của cây trồng do có thể điều khiển được nhiệt độ cũng như việc tưới nước để suy trì độ ẩm thích hợp cho cây trồng phát triển nhanh chống. Cấu trúc của một nhà kính thường có là: khung giàn; vật liệu bao phủ nhà kính và các vật tư phụ.
Khung giàn được làm bằng thép mạ kẽm chịu được độ ẩm cao, gió mạnh và chóng gỉ sét. Kết cấu khung được nối với nhau bằng ốc vít.1 Phân loại nhà kính Phụ thuộc vào loại cây trồng, điều kiện môi trường ở nơi canh tác thì mỗi loại nhà kính sẽ có một ưu điểm riêng. Người ta dựa vào mốt số yếu tố sau để phân loại nhà kính: dựa vào cấu trúc mái, dựa vào công nghệ, dựa vào chất liệu làm nhà kính, chi phí sản xuất,… Phân loại dựa vào cấu trúc mái: nhà kính mái phẳng, nhà kính mái vòm, nhà kính mái xéo,… Phân loại dựa vào công nghệ: nhà kính công nghệ cao, nhà kính công nghệ trung bình, nhà kính công nghệ thấp,… Phân loại dựa vào chất liệu làm nhà kính: màng thủy tính, màng nhựa Plastic, tấm lợp polycacbonate,… Phân loại dựa vào chi phí lắp đặt và xây dựng: Nhà kính chi phí cao, chi phí trung bình và chi phí thấp.2 Vật liệu làm nhà kính a. Thủy tinh Hình 2.
1 Màn thủy tinh Ưu điểm: - Khả năng lấy sáng tốt, có thể lên đến từ 90 – 95%. - Khả năng truyền tải tia cực tím trong ánh sáng thấp. - Độ bền cao, chịu được tác động của môi trường. - Giữ nhiệt tốt và ổn định vào ban đêm.
Nhược điểm: - Chi phí cao, chỉ có thể xây dựng ở diện tích nhỏ, cần có nguồn vốn đầu tư lớn. - Khả năng chịu được va đập kém, dễ vỡ nếu sử dụng các loại kính thông thường. - Trọng lượng nặng, khi vỡ dễ gây nguy hiểm, ảnh hưởng lớn đến công trình, tốn kém cho vấn đề tu sửa và bảo dưỡng. Màn nhựa Hình 2.
2 Màn nhựa 5 Ưu điểm: - Khả năng giảm tổn thất nhiệt tốt, giá thành rẻ. - Có thể làm giảm sự hình thành giọt nước ở lớp dưới tốt. - Có thể ngăn ngừa sự bám bẩn của bụi. - Có thể truyền bước sóng đặc biệt của ánh sáng.
Nhược điểm: - Tuổi thọ trung bình thấp, chỉ có thể sử dụng tốt nhất trong 2 – 3 năm. - Dễ bị ảnh hưởng bởi tác động của môi trường và tia cực tím. - Không thích hợp sử dụng ở những khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Tấm tôn lá Hình 2.
3 Cuộn tôn lá Ưu điểm: - Độ bền cao, chống va đập. - Trọng lượng nhẹ, tuổi thọ cao. - Thích hợp ở nhiều điều kiện thời tiết. - Không ngấm nước.
Nhược điểm: - Dẫn nhiệt, tiếng ồn, dễ bị móp.3 Các cấu trúc mái nhà kính Nhà kính được chia làm hai loại nhà kính kín và nhà kính mái hở. Thời tiết ở Việt Nam mang tính chất nóng ẩm, sử dụng 100% màng làm tăng nhiệt độ của nhà kính. Do vậy với nhà kính kín người ta dùng màng để lợp trên mái và có thể lưới bao xung quanh hoặc cần hệ thống làm mát. Việc dùng lưới bao xung quanh có thể để nấm bệnh xâm nhập, nên có một số loại mô hình tối ưu hơn như mái hở cố định 1 bên và mái hở cố định 2 bên có thiết kế như hình.
4 Nhà kính mái hở một bên và nhà kính mái hở 2 bên a. Nhà kính mái hở Ưu điểm: - Nhiệt độ nhà kính không tăng lên do hấp thụ nhiệt. - Không cần lắp đặt hệ thống làm mát. Nhược điểm: - Thiết kế phức tạp.
- Khó điều khiển được nhiệt độ như mong muốn. - Chịu tác động của gió từ bên ngoài có thể mang mầm bệnh vào. Nhà kính kín Ưu điểm: - Thiết kế mái đơn giản. - Điều khiển được môi trường bên trong nhà kính.
- Làm giảm tối đa sự xâm nhập của mầm bệnh từ bên ngoài. 7 Nhược điểm: - Cần phải có hệ thống làm mát. - Chi phí xây dựng và vận hành cao hơn.4 Cấu trúc thiết kế nhà kính Nhà kính được thiết kế có cấu trúc như sau: Hình 2. 5 Cấu trúc nhà kính Cột nhà kính: Hỗ trợ các khung và chịu sức nặng của toàn bộ nhà kính.
Được đặt trong móng bê tông. Thông thường cao khoảng 3.4, 4, 5 mét so với mặt đất, tùy vào nơi trồng và loại cây trồng mà chọn chiều cao phù hợp. Máng xối: Thường có trong những thiết kế nhiều nhà liền kề nhau, có nhiệm vụ giằng khung nhà và hứng nước mưa từ mái để chảy xuống mương nước dưới đất. Máng xối to hay nhỏ là tùy vào lưu lượng mưa, chiều dài của nhà.
Lưới bao che: Dùng để chắn gió bụi, côn trùng xâm nhập vào nhà gây hại cho cây, lưới thường được mắc vào chu vi nhà, từ máng xối xuống cách mặt đất 0. Đôi khi người ta xây tường chân vách để kết nối với lưới bao che bằng zigzag. 8 Vì Kèo: Thành phần cấu trúc hỗ trợ trọng lượng của mái nhà kính. Gồm kèo, thanh chống đứng, thanh chóng xiên và thanh cánh hạ.
Đỉnh mái: Nơi cao nhất nhà kính. Xà gồ: giúp giữ giàn mái.2 Yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của nấm bào ngư 2.1 Quản lý nhiệt độ, độ ẩm Để quản lý được hai yếu tố : nhiệt độ và độ ẩm. Ta có phương pháp: Thông gió tự nhiên: là phương pháp đơn giản nhất để giảm nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính. Có hai phương pháp thông gió thường được áp dụng.
Thông gió mái là một phương pháp làm mát thụ động, áp dụng hiện tượng đối lưu tự nhiên của không khí nóng. Thông gió vách được sử dụng để bảo vệ cây trồng thông qua việc tăng luồng không khí trong nhà kính. Lưới cắt nắng là tấm lưới cuộn theo đường ray nằm phía trên cây trồng. Tận dụng bức xạ mặt trời sẽ giúp tiết kiệm chi phí nhưng cần đảm bảo kiểm soát mức độ tiếp xúc của bức xạ mặt trời.
Mắt lưới thưa hơn giải quyết vấn đề độ ẩm quá cao trong khi mắt lưới dày hơn giúp giữ lại độ ẩm và nhiệt độ nhà kính. Phun sương là phương pháp làm đơn giản, hiệu quả để làm tăng độ ẩm trong nhà kính thường được sử dụng nhiều trong thực tế. Một phương pháp hiệu quả về chi phí là sử dụng hệ thống phun sương trên toàn bộ cây trồng. Tuy nhiên, có 1 vấn đề tiềm ẩn với phương pháp này là những giọt nước lớn có thể rơi xuống và ảnh hưởng đến cây trồng.
Một phuơng pháp khác là sử dụng hệ thống phun sương áp suất cao nhằm tạo ra các hạt nước siêu nhỏ, giúp tăng độ ẩm không khí mà không gây ảnh hưởng đến cây trồng. 6 Hệ thống phun sương 9 Tường ướt : là một phương pháp làm mát tích cực làm giảm nhiệt độ trong nhà kính, giúp tiết kiệm chi phí và làm giảm nhiệt độ nhà kính từ 10 - 15 độ. Phương pháp này sử dụng máng xối nước ở trên đỉnh, nước chảy xuống qua bức tường và về lại ống thu. Nước sau đó đi qua hệ thống lọc và tuần hoàn lại.2 Điều kiện sinh trưởng tốt cho nấm bào ngư Nấm bào ngư có 2 giai đoạn phát triển: Giai đoạn ủ nấm và giai đoạn nấm phát triển.
Giai đoạn ủ nấm Giai đoạn ủ nấm sẽ được tiến hành từ 4-5 ngày. Ở giai đoạn này các yếu tố phù hợp với nấm như sau: - Nhiệt độ: Từ 35-37 ℃. - Gió: Cần gió từ quạt để tạo ra trao đổi khí với môi trường bên ngoài. - Ánh sáng: Giai đoạn này nấm không cần ánh sáng.
- Độ pH: Nấm bào ngư có khả năng chịu đựng sự giao động pH tương đối tốt. Tuy nhiên pH thích hợp đối với hầu hết các loài nấm bào ngư trong khoảng 5 – 7. Giai đoạn nấm phát triển Giai đoạn nấm phát triển sẽ diễn ra trong vòng từ 7-10 ngày. Mốc đánh dấu cho quá trình nấm phát triển là sẽ mở nắp để nấm mọc.
Các điều kiện thích hợp để nấm phát triển như sau: - Nhiệt độ: 28-31 ℃. - Gió: Cần gió để tạo ra môi trường thoáng khí. - Ánh sáng: Cần một chút ánh sáng để nấm được kích thích, giúp nấm mọc.3 Bộ điều khiển PLC Trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển tự động hóa, hình thức điều khiển được chia thành hai loại cơ bản. Điều khiển dựa trên các trang thiết bị điện như: nút nhấn, công tắc, rơ le trung gian, rơ le thời gian kết nối với nhau tạo thành một hệ thống điều khiển và điều khiển bằng bộ lập trình PLC.