Đặt vấn đề Hiện nay trên thế giới việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp. Nhờ có ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng nông sản tăng lên đáng kể. So với nước ta hiện nay thì nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế. Trong nông nghiệp ngoài những kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường.
Tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất hiệu quả cao. Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế cho sức lao động của con người. Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo để đưa vào thực tiễn ngày càng nhiều. Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp,.) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều quốc gia khác nhau tiêu biểu như: Israel, Mỹ, Trung Quốc,.
Rất tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Việc thiết kế, chế tạo một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp con người không phải tưới cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước và có thể giám sát thời gian tưới 1 cách cụ thể nhất. Người lao động sẽ không cần quan tâm tới việc tưới cây mà cây vẫn sinh trưởng phát triển tốt hơn nhờ việc tưới phù hợp và chính xác hơn. Đồng thời can thiệp vào nền nông nghiệp nước ta hạn chế phụ thuộc vào điều kiện khí hậu tự nhiên.
Ngoài ra trên những tuyến đường ở khu vực trung tâm thành phố, chúng ta vẫn hay bắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây cản trở, mất an toàn giao thông. Do đó đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình giám sát và điều khiển tưới cây tự động” được chọn để giải quyết các vấn đề nêu trên. 5 download by : skknchat@gmail.2 Mục tiêu đề tài Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu và thực hiện: “Thiết kế, chế tạo mô hình giám sát và điều khiển tưới cây” từ đó đưa vào ứng dụng trong thực tiễn. Giúp cho việc tươi tiêu cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.
Hệ thống tích hợp module gọi điện/SMS sử dụng mạng di động, xử lý dữ liệu. Hệ thống sẽ thu nhận các tín hiệu của thiết bị đầu cuối (mobile), để thực hiện các lệnh điều khiển tưới cây và phản hồi lại trạng thái của thiết bị được điều khiển. Module SIM 800A GSM/GPRS/GPS có thể làm việc tại các ví trí có phủ sóng của mạng điện thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone.3 Nội dung đề tài Vì thời gian có hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề tài nên em chỉ thực hiện nghiên cứu các vấn đề cơ bản như sau: - Cơ sở lý thuyết Arduino, module SIM900A mini, cảm biến độ ẩm đất. - Mô hình mạch nguyên lý, giải thuật và code điều khiển.
- Thi công mô hình hệ thống tưới cây tự động theo độ ẩm đất theo yêu cầu : - Tự ổn định độ ẩm đất. - Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua bluetooth/Server - Đánh giá kết quả đạt được và kiến nghị. - 6 download by : skknchat@gmail.com Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về hệ thống tưới cây 2.1 Hệ thống tưới là gì? Hệ thống tưới là một công cụ để chuyền tải một lượng nước từ nguồn nước đến các điểm khác nhau trên một phạm vi đất nào đó với mật độ bao phủ đồng đều cao phù hợp cho từng giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây. Ngày nay với sự phát triển của xã hội, khoa học công nghệ cụ thể là công nghệ ứng dụng vào nông nghiệp cũng từng bước nâng cao.
Lao động chân tay dần được thay thế bằng máy móc và hệ thống tưới nước cũng là một trong số đó. Hệ thống tưới hay còn gọi là hệ thống tưới tự động là một trong những hệ thống ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Trước kia, để có nước canh tác người lao động phải tìm kiếm những nơi có nguồn nước dồi giàu hoặc là phải dùng sức mình vận chuyển từng khối nước tới tưới cho cây trồng thì ngày nay chỉ cần một nút bấm cây đã có nước để hấp thụ. Vừa giảm được thời gian, giảm được nhân công lao động lại vừa có thể kiểm soát tiết kiệm cho nguồn nước tránh khỏi việc hao phí nước.2 Lịch sử phát triển của hệ thống tưới cây.
Vì vấn đề có thể cung cấp đủ nước đảm bảo độ ẩm cho cây trồng phát triển, cũng như là tiết kiệm thời gian, tiết kiệm chi phí nhân công, tiết kiệm được nguồn nước nên hệ thống tưới cây được ra đời và ngày càng hiện đại hơn: 7 download by : skknchat@gmail.com Tưới thủ công bằng sức Tưới thủ công có hỗ trợ máy người móc Điều khiển tưới từ xa Tưới tự động Robot tưới cây Hình 2.1: Lịch sử phát triển quá trình tưới cây 8 download by : skknchat@gmail.3 Các phương pháp tưới được áp dụng hiện nay: Tưới cây không chỉ đơn giản là hình thức tưới bình thường như chúng ta nghĩ mà nó là một trong những biện pháp chủ yếu để sử dụng nước hợp lý, thích hợp cho từng loại cây trồng, nhằm tăng năng suất lao động và tăng năng suất cho cây trồng. Trong số những hệ thống tưới phổ biến, nổi bật lên ba hệ thống tưới tự động là tưới phun sương, tưới phun mưa và tưới nhỏ giọt. Đặc điểm riêng của từng hệ thống như sau: 2.1 Hệ thống tưới phun sương Hệ thống tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơm tăng áp khiến dòng nước phun ra có dạng hạt rất nhỏ, khuất tán nhanh vào không khí. Vì đặc tính đó nên tưới phun sương chịu ảnh hưởng rất lớn bởi gió, nên thường chỉ được lắp đặt ở trong nhà kính, hoặc ở những nơi không chịu ảnh hưởng mạnh bởi các yếu tố khí hậu.
Tưới phun sương thường được lắp trong các khu vườn ươm giống, các vườn hoa trong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rau thủy canh, trồng hoa, tưới cảnh quan,… Ngoài ra tưới phun sương còn được lắp trong các trang trại, nhà xưởng, quán café, giúp cho không gian xung quanh luôn mát mẻ và dễ chịu. Khi bốc hơi nhanh sương hấp thu nhiệt và do đó làm giảm nhiệt độ của môi trường xung quanh từ 5 – 70C.2: Hệ thống tưới phun sương. 9 download by : skknchat@gmail.com Ưu điểm: - Cho phép khả năng kết hợp phân hóa học, thuốc khử trùng hòa tan vào nước để rãi lên mặt vườn một cách đều và hiệu quả hơn. - Kích thước hạt nhỏ, mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng, không gây hại cho cây.
- Tiết kiệm nước tối ưu. Thỏa mãn yêu cầu sinh lý của cây trồng: không chỉ về nước mà còn về dinh dưỡng cũng như bảo vệ lớp đất có bộ rễ cây hoạt động. - Chống nóng, chống lạnh, điều hòa vi khí hậu, không gây ra hiện tượng sương muối và giúp điều hòa khí hậu tốt hơn hẳn. Phù hợp với nhiều địa hình.
Nhược điểm: - Đòi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý để vận hành. - Chi phí đầu tư lớn. - Nguồn nước phải đảm bảo sạch. - Chịu ảnh hưởng lớn bởi gió và nhiệt độ.2 Hệ thống tưới phun mưa Đây là phương pháp tưới mới được phát triển rộng rãi trong vòng 40 năm nay.
Nguyên tắc chính của hệ thống tưới nước này là dùng máy bơm, ống dẫn nước và vòi phun để tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu phun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây. Hệ thống này giúp người nông dân tưới cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nâng cao hiệu quả kinh tế. Hệ thống này được áp dụng phổ biến nhất do phù hợp với nhiều mô hình canh tác từ hoa màu cho đến cây ăn quả, cây công nghiệp.3: Hệ thống tưới phun mưa. 10 download by : skknchat@gmail.com Ưu điểm: - Tưới phun mưa có thể thực hiện ở nhiều địa hình, không gây xói mòn trôi màu, không phá vỡ cấu tượng của đất, không làm dập nát cây trồng vì có thể thực hiện được mức tưới nhỏ, tưới nhiều lần với cường độ tùy ý, thích hợp với từng loại cây trồng đất đai.
đảm bảo mức nước cần tưới và độ phủ tương đối đồng đều, bề mặt lá đều được tưới, làm sạch bụi bám trên lá rất hữu ích cho cây sinh trưởng phát triển, cải tạo vi khí hậu khu vực tưới, tưới tự động hoàn toàn và dễ dàng vận hành. - Tưới phun mưa thuận tiện cho việc phòng trừ sâu bệnh và chống cỏ dại có thể hòa lẫn các loại thuốc cùng với nước tưới cho cây trồng. - Tưới phun mưa nâng cao hệ số sử dụng hữu ích của hệ thống tưới và sử dụng nước trên đồng ruộng. Ở Mỹ hệ số sử dụng hữu ích khi tưới phun mưa là 0.67, còn phương pháp tưới khác là 0.56; ở Nhật hệ số sử dụng hữu ích khi tưới phun mưa là 0.8 và phương pháp tưới khác là 0.7 - Tưới phun mưa còn làm tăng năng suất các loại cây trồng.
Ở Italia khi tưới phun mưa cho nho, người ta đã nhận thấy chất lượng nho tốt hơn, hàm lượng đường trong nho tăng 2%. Ở Việt Nam, qua thí nghiệm phun tưới mưa tại đồi chè 66 – Hợp tác xã Tiên Phú – Phù Ninh – Vĩnh Phúc cho thấy năng suất chè tăng được 50% so với đối chứng không tưới. Nhược điểm: - Vốn đầu tư chi phí ban đầu hơi cao. - Lưu lượng nước và áp lực ngồn nước đòi hỏi cao để dẫn đến bơm, đường ống, van phải lớn làm tăng giá thành, nguồn nước dự trữ phải lớn và ổn định.
- Vòi phun mưa rất dễ bị tắt nếu trong nước tưới có chứa nhiều tạp chất bởi vòi phun mưa có những lỗ phun rất nhỏ. - Khi phun mưa tổn thất bốc hơi lớn, đất được làm ẩm đều nên cỏ dại phát triển mạnh. - Không thích hợp ở vùng có gió mạnh.