Chương 1: TỔNG QUAN Các sản phẩm nhà kính nông nghiệp công nghệ cao đã và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Nhà kính công nghệ cao, ngoài việc đảm bảo yêu cầu kết cấu bền vững, thực hiện cơ giới hoá các công đoạn sản xuất, thì còn cho phép đáp ứng đến mức cao nhất các nhu cầu về kiểm soát “tiểu khí hậu nhà kính”, “sinh học nhà kính”, “dịch hại nhà kính” và thực hiện các biện pháp điện toán điều chỉnh các yếu tố môi trường sinh thái nhà kính. Môi trường trong nhà kính nông nghiệp công nghệ cao thường đòi hỏi rất khắt khe việc duy trì nhiệt độ và độ ẩm cho sinh trưởng của cây trồng theo từng loại cây cũng như thời gian sinh trưởng của chúng. Điều này đòi hỏi cần phải giám sát và thu thập số liệu về nhiệt độ và độ ẩm tại nhiều vị trí khác nhau trong nhà kính.
Nhờ giám sát và thu thập số liệu nhiệt độ - độ ẩm, nhà nông có thể theo dõi được độ ẩm của các loại hạt để quyết định thời điểm thu hoạch thích hợp. Biết được độ ẩm của đất, độ ẩm - nhiệt độ của không khí sẽ cho phép nhà nông điều chỉnh hoạt động canh tác của mình một cách thích hợp để đạt được tối ưu năng suất cây trồng. Như vậy, có thể thấy việc đo lường nhiệt độ - độ ẩm là điều rất quan trọng đối với phát triển nông nghiệp xanh. Tuy nhiên, một số vấn đề phát sinh liên quan đến việc áp dụng các cảm biến độ ẩm - nhiệt độ vào hệ thống nhà kính nông nghiệp công nghệ cao quy mô rộng đó là không gian lớn, khoảng cách truyền dữ liệu xa, số lượng cảm biến nhiều.
Ngoài ra còn một số khó khăn khác như: vấn đề tiêu thụ điện của các cảm biến, sự ăn mòn của cảm biến…, là các thách thức đặt ra khi thiết kế mạng cảm biến giám sát và thu thập số liệu nhiệt độ - độ ẩm ứng dụng trong hệ thống nhà kính. Trên nhu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của thị trường, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin, kỹ thuật điện- điện tử. Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ khoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp cao nói chung. Chúng tôi chọn đề tài liên quan đến giám sát quá trình.
Từ đó chúng tôi đề xuất đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TƯỚI TỰ ĐỘNG”. 7 do an Chương 1: TỔNG QUAN 1. MỤC TIÊU Để thực hiện đề tài nhóm cần xây dựng được một bộ điều khiển giám sát tưới cây trong đó đề tài điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm bằng bằng cách hệ thống phun sương, gửi được dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, số lượng sản phẩm lên website, cảnh báo bằng buzzer khi gặp sự cố. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính năng của các module NODEMCU ESP8266, DHT22, động cơ DC, cảm biến độ ẩm đất.
cảm biến ánh sáng, hệ thống tưới cây phun sương và nhỏ giọt… NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL. NỘI DUNG 3: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình. NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình. NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế.
NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống. NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống. NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn. NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Cách thức giám sát và điều khiển qua mạng internet. Hệ thống tưới bằng phun sương và nhỏ giọt. Thu thập thông tin từ cảm biến và sử dụng điều khiển cơ cấu chấp hành. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp chí, sách, từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
8 do an Chương 1: TỔNG QUAN Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thiết kế, chế tạo thử nghiệm, thử nghiệm hoạt động và hoàn chỉnh thiết kế. GIỚI HẠN Đề tài chỉ giám sát hệ thống tưới. Sử dụng esp8266 để đọc giá trị cảm biến đo được để điều khiển hệ thống bơm điều chỉnh độ ẩm thích hợp cho sự sinh trưởng của cây. Các dữ liệu được gửi lên server gồm: thời gian, nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, trạng thái của các thiết bị lên web server.
Cảnh báo âm thanh (buzeer) cho người dùng khi giá trị ẩm đất vượt giá trị người dùng cài. Hệ thống cồng kềnh, sử dụng tiêu tốn năng lượng do không có chế độ sleep. Giới hạn kích thước mô hình 30x30x30 để quá trình thay đổi nhiệt độ độẩm được nhanh chóng và hiệu quả vì mô hình chỉ sử dụng các thiết bị có công suất nhỏ. Phạm vi ứng dụng còn hạn chế do chưa kết nối với các cảm biến chuyên dụng cho nông nghiệp thông minh như cảm biến đo độ PH đất, nước, tính toán chất dinh dưỡng trong đất 1.
BỐ CỤC Chương 1. Chương này trình bày về đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số và bố cục đồ án. Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài. Tính toán và thiết kế.
Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế 9 do an Chương 1: TỔNG QUAN và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào. Như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch. Thi công hệ thống. Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình.
Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống. Kết quả _ Nhận xét _ Đánh giá. Trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công.
Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm. Kết luận và hướng phát triển. Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn. 10 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.
GIỚI THIỆU CÁC MÔ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI CÂY THỰC TẾ Tưới nước là khâu rất quan trọng cho sự phát triển của cây trồng. Việc tưới nước phải đảm bảo độ ẩm cần thiết cho cây trồng đồng thời phải tránh sự ngập úng quá mức gây các bệnh về rễ và nấm cho cây trồng. Tuy nhiên tưới như thế nào để đảm bảo các điều kiện trên mà không hao phí nước, giảm thiểu các chi phí do tưới nước. Hiện nay công nghệ tưới nước tiết kiệm rất đa dạng, nhưng việc tưới nước phải phù hợp với kiểu quang hợp và nhiệt độ của từng loại cây.
Dưới đây là một số công nghệ tưới nước.1 HỆ THỐNG TƯỚI NHỎ GIỌT Tưới nhỏ giọt (Drip Irrigation) là phương pháp tưới có nguồn gốc từ Israel, giúp bạn tiết kiệm được nước và phân bón cho cây bằng cách cho phép nước tưới nhỏ giọt từ từ vào rễ của cây mà bạn muốn tưới hoặc là nhỏ giọt lên bề mặt đất (những vị trí gần với cây trồng của bạn) thông qua hệ thống gồm nhiều thiết bị như: Van, đường ống dẫn nước, các loại béc tưới cây. thường là để giảm thiểu sự bay hơi nước. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG TƯỚI NHỎ GIỌT Hệ thống tưới nhỏ giọt có thiết kế khá đơn giản, dễ hiểu. Chỉ bao gồm thiết bị bơm, hoặc tháp nước, cùng với hệ thống lọc tạp chất hoặc hệ thống xử lý chất thải; không thể thiếu hệ thống phân bón cho cây cối hoặc những chất dinh dưỡng giúp cây phát triển; và cả những đường ống dẫn nước và thiết bị để tạo nhỏ giọt.
Hệ thống bơm cùng các van xả nước được lập trình để người chăm sóc vườn cây có thể dễ dàng điều khiển bằng tay, hay có thể tự động hết bằng máy tính. Phương pháp tưới cây nhỏ giọt giúp phân bố đồng đều lượng nước, phân bón cùng một lúc, đúng gốc cây, với liều lượng đủ dùng; không nhiều quá gây 11 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT sót cây; không ít quá làm cây không phát triển được. Để đúng liều lượng, tất cả đều nhờ hệ thống van và đường ống, máy bơm, hệ thống kiểm soát qua máy tính.1: Sơ đồ mô hình của hệ thống tưới nhỏ giọt đơn giản. Mỗi thiết bị được gắn trong hệ thống tưới nước nhỏ giọt đều có một chức năng riêng: Nguồn nước: Cung cấp nước cho hệ thống tưới.
Timer hẹn giờ điều khiển tưới tự động: Có chức năng là để Bật/Tắt hệ thống tưới hoàn toàn tự động. Máy bơm: Giúp tăng áp suất nước cho hệ thống tưới. Bộ lọc: lọc các cặn bẩn, rác trong nước, nhắm tránh nghẹt béc tưới cây. Đường dây dẫn chính: Trung chuyển nước từ nguồn đi qua các vị trí mà bạn muốn tưới cho cây.
Đường dây dẫn phụ: Trung chuyển nước từ dây dẫn chính đến các vị trí gốc cây cần tưới. 12 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Béc tưới nhỏ giọt: Cung cấp nước tưới đến vị trí gốc cây mà bạn muốn tưới, tuỳ theo lưu lượng nước của từng loại cây để chọn đầu nhỏ giọt tương ứng. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TƯỚI PHUN SƯƠNG (a) GIỚI THIỆU MÔ HÌNH Hình 2.2: Sơ đồ mô hình hệ thống phun sương đơn giản. Thông thường hệ thống phun sương chúng ta cần một số thiết bị sau: Ống dẫy dẫn nước: Giúp dẫn nước từ nguồn nước đến nơi bạn cần tưới.
Béc tưới phun sương: Loại béc này giúp tia nước tưới được mịn, đều. Bộ lọc: Là thiết bị giúp lọc các vật thải còn sót lại trong nước, rong, rêu… giúp tránh trường hợp xảy ra tắc ống hay tắc đầu tưới khi hệ thống đang hoạt động. Các loại co nối: Giúp gắn kết các đường ống dẫn nước lại với nhau.