TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆP HÀ NỘI KHOA : CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử Đề tài : “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chăm sóc cây thông minh trong mô hình nhà màng nông nghiệp” Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Văn Trường Nhóm sinh viên làm bài : Lê Thị Hảo - 2019608054 Nguyễn Văn Quân - 2019607860 Lâm Quang Hải - 2019607871 Nguyễn Văn Trung - 2019608057 Lớp : LT – ĐH Cơ Điện Tử 1 –K14 Hà Nội_2021 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy cô trong trường và các thầy cô trong khoa, bộ môn nói riêng, những người đã tận tình hướng dẫn, dạy dỗ và trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong bốn năm vừa qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Trường đã hướng dẫn cho em những kiến thức, kỹ năng cơ bản cần có để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, cổ vũ và đóng góp ý kiến trong qua trình học tập, nghiên cứu cũng như quá trình làm báo cáo đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu đề tài, vì kiến thức chuyên ngành còn hạn chế nên em vẫn còn nhiều thiếu sót khi tìm hiểu, đánh giá và trình bày về đề tài. Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy cô giảng viên bộ môn để đồ án của em được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên 1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .2 CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN .4 DANH MỤC BẢNG BIỂU .5 DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 GIỚI THIỆU CHUNG. Các vấn đề đặt ra. Tổng quan đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.10 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÀNG NÔNG NGHIỆP. Nguyên lý hoạt động của nhà .1 Các bước hoạt động của nhà màng .2 Nguyên lý hoạt động của các thành phần trong nhà màng.
Đặc tính quang hợp của cây xanh.1 Ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình quang hợp .2 Ảnh hưởng của nồng độ CO2 .3 Ảnh hưởng của nước .4 Ảnh hưởng của nhiệt độ .5 Ảnh hưởng của nguyên tố khoáng. Tăng năng suất cây trồng .17 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG. Tính toán lựa chọn hệ thống cơ khí .1 Cấu trúc nhà trồng .2 Lựa chọn thiết kế khung nhà màng .3 Hệ thống tưới nước .4 Bộ phận đóng mở cửa thông gió .5 Rèm cắt nắng. Thiết kế hệ thống cơ khí.
Thiết kế hệ thống điều khiển .1 Yêu cầu thiết kế .2 Sơ đồ đấu nối hệ thống điều khiển. Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển mạng Internet .1 Hệ thống giám sát.2 Hệ thống điều khiển qua mạng Internet .51 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Kết quả đạt được. Hướng phát triển .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO .55 3 CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CT 1: Tỉ số truyềncho cửa thông gió .26 CT 2: Tính toán đường kính bánh đai của cửa thông gió .27 CT 3: Tính lực tác dụng lên trục cửa thông gió.27 CT 4:Công suất qua trục bánh vít P1 .30 CT 5: Công suất qua bộ truyền đai P2 .30 CT 6: Công suất qua trục quay thứ 2 .30 CT 7: Phân phối tỉ số truyền .30 CT 8: Số vòng quay của bánh vít dẫn là: .31 CT 9: Số vòng quay của bánh đai bị dẫn là: .31 CT 10: Momen xoắn của trục động cơ.31 CT 11: Momen xoắn của trục bánh vít Tbv .31 CT 12: Momen xoắn trục dẫn Tt1 .31 CT 13: Momen xoắn trục bị dẫn Tt2 .31 CT 14: Tính đường kính bánh đai: .31 CT 15: Tính lực vòng .31 CT 16: Vận tốc của bánh đai thứ 2 v2: .31 CT 17: Lực vòng tác dụng lên trục bánh đai thứ nhất .32 CT 18: Tính lực tác dụng lên trục bánh đai thứ 1 .32 CT 19: Lực vòng tác dụng lên bánh đai thứ 2 .32 CT 20: Tính lực tác dụng lên trục bánh đai thứ 2 ( trục quay thứ 1) .32 CT 21: Tính lực tác dụng Frx của bộ truyền động xích lên trục .32 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Nhiệt độ sinh trưởng của một số loại cây trồng .17 Bảng 2: tổng hợp thông số tính toán cho bộ truyền đai.27 Bảng 3:Ttổng hợp các thông số .32 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhà màng .11 Hình 2: Biểu đồ cường độ ánh sáng và quang hợp khi CO2 tăng .14 Hình 3: Cường độ hấp thụ ánh sáng của các loại sắc tố quang hợp .14 Hình 4: Sự phụ thuộc của quang hợp vào nồng độ CO2 .15 Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quang hợp .16 Hình 6: Nhà mành kín .18 Hình 7: Nhà màng mái che có cửa thông khí .19 Hình 8: Nhà màng có mái tự động đóng mở .20 Hình 9: Sơ đồ lắp ráp hệ thống phun sương.21 Hình 10: Sơ đồ bố trí lắp đặt vòi tưới phun mưa .21 Hình 11: Bản vẽ đường ống nước .22 Hình 12: Vòi phun sương tạo độ ẩm .22 Hình 13: Bộ phận mở cửa thông gió.23 Hình 14: Cửa thông gió .25 Hình 15: (a) Cơ cấu khi đóng (b) Cơ cấu khi mở .26 Hình 16: Bộ phận đóng mở màn cắt nắng (khi đóng) .28 Hình 17: Bộ phận màn cắt nắng (Khi mở) .29 Hình 18: Cột nhà .33 5 Hình 19: Vòm nhà và vòm nâng lên .34 Hình 20: Thanh Giữ Pu-ly .35 Hình 21: Dầm ngang nhà .36 Hình 22: Thanh nâng rèm .37 Hình 23: Khớp nâng cửa .37 Hình 24: Vòi phun sương .38 Hình 25: Bể nước .38 Hình 26: Rèm che nắng .39 Hình 27: Quạt thoáng khí (Nhựa) .39 Hình 28: Bản vẽ tổng thể .41 Hình 30: Sơ đồ đầu nối PLC .42 Hình 31: Sơ đồ đầu nối cảm biến…… .43 Hình 32: Sơ đồ đầu nối quạt phun sương .44 Hình 33: Sơ đồ đầu nối các động cơ .44 Hình 34: Lưu đồ giải thuật điều khiển nhiệt độ .45 Hình 35: Lưu đồ điều khiển độ ẩm.46 Hình 36: Lưu đồ điều khiển ánh sáng .47 Hình 37: Lưu đồ điều khiển bơm nước .48 Hình 38: Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống .49 Hình 39: Giao diện hiển thị dùng Blynk .50 Hình 40: Sơ đồ hoạt động .51 6 GIỚI THIỆU CHUNG 1.
Các vấn đề đặt ra Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế hiện nay. Tuy nhiên, sản xuất nông nghiệp Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức: Dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên; diện tích đất nông nghiệp bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa nên đòi hỏi phải nâng cao năng suất nông nghiệp để đáp ứng an ninh lương thực; biến đổi khí hậu đang diễn ra mạnh mẽ tạo ra sức ép rất lớn cho nông nghiệp nước ta; quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao. Vì thế, phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao là xung hướng tất yếu Ở Việt Nam, rất nhiều mô hình nhà màng trồng rau quả đã ra đời từ rất nhiều năm về trước, nhưng việc điều khiển và vận hành nhà màng một cách tự động thì chưa được nhắc đến nhiều. Cho đến vài năm gần đây dần dần bà con nông dân đã được tiếp cận được các công nghệ hiện đại hơn.
Nên cũng đã xuất hiện một số hệ thống điều khiển tự động trong nhà màng ra đời. Nhưng vấn đề đặt ra ở đâylà giá thành lắp đặt rất cao do các thiết bị được nhập từ nước ngoài về và một số nghiên cứu còn chưa được tối ưu nên màng màng vẫn phải vận hành một cách thủ công dẫn đến tốn kém về nhân lực cũng như chi phí phát sinh cao. Chính vì vậy hiện nay rất cần có một mô hình điều khiển tự động dùng cho nhà màng. Đáp ứng đc các yêu cầu về kỹ thuật giúp tiết kiệm chi phí và nhân lực, mang lại năng suất cao cho bà con nông dân.
Tổng quan đề tài Việt nam là một quốc gia nông nghiệp, sản xuất nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Hàng năm các sản phẩm nông nghiệp của Việt nam được xuất đi rất nhiều nơi trên thế giới bao gồm cả lương thực và rau, củ, quả. Trước đây khi chưa có công nghệ hiện đại. Bà con nông dân canh tác hoa màu chủ yêu theo phương pháp truyền thống và thủ công.
Mọi điều kiện khí hậu đều phụ thuộc vào tự nhiên, dẫn đến khó kiểm soát được vấn đề dinh dưỡng cũng như sâu bệnh. 7 Dạo gần vài năm gần đây công nghệ hiện đại càng ngày càng tiến lại gần với bà con nông dân hơn, nên cũng đã xuất hiện nhiều cách canh tác mới lạ, giúp bà con kiểm soát được tình hình sâu bệnh, tránh được mất mùa do thiên tai lũ lụt dẫn đến hiệu quả năng xuất cây trông tăng cao. Một trong các cách làm hiệu quả của việc trồng rau là trồng rau trong nhà màng hay nhà kính. Đây là một công nghệ mới, cho phép người trồng rau tạo ra các sản phẩm chất lượng, an toàn và năng suất cao mà không cần phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết tự nhiên.
Ở Việt Nam việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào điều khiển khí hậu của nhà trồng rau cũng đã có khắp nơi, các thiết bị điều khiển hầu như là nhập từ các nước có công nghệ tiến tiến như Nhật, Isareal, Ustralia,. Giá thành các thiết bị này tương đối cao, rất khó cho người nông dân Việt Nam tiếp cận. Vì vậy cần phải có những nghiên cứu và chế tạo các thiết bị trong nước sao cho đảm bảo được người nông dân có thể đầu tư được và dễ sử dụng. Đây cũng chính là mục đích của người nghiên cứu cần hướng tới nhằm tạo ra một sản phẩm tốt và hiện đại cho người nông dân Việt Nam.
Trong đề tài này chúng em tập chung nghiên cứu để thiết kế ra một hệ thống điều khiển nhà màng tự động và đồng thời cũng nghiên cứu hệ thống điều khiển qua mạng truyền thông Internet nhằm nâng cao khả năng giám sát điều kiện môi trường của nhà màng để đưa quyết định kịp thời cho việc điều khiển tiểu khí hậu nhà trồng tốt hơn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Ở Việt Nam, diện tích trồng rau xanh rất lớn. Hầu hết phương thức canh tác chủ yếu theo cách truyền thống nên cho năng xuất thấp và chất lượng không cao.
