Đồ án thiết kế thi công mô hình chuồng heo bán tự động - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2016

Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình chuồng heo bán tự động ứng dụng Arduino, tự động hóa cấp thức ăn, vệ sinh chuồng và kiểm soát sức khỏe đàn heo.

• Tác giả: Vũ Đình Dương
• Người hướng dẫn: ThS. Tạ Nguyễn Minh Đức
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế, thi công mô hình chuồng heo bán tự động
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan mô hình chuồng heo bán tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Ngành chăn nuôi lợn tại Việt Nam đang dịch chuyển mạnh mẽ từ quy mô hộ gia đình sang mô hình trang trại quy chuẩn. Việc hiện đại hóa quy trình chăm sóc đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật chính xác và bền vững. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Chế tạo máy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã nghiên cứu và phát triển thành công mô hình chuồng heo bán tự động. Đề tài do Thạc sĩ Tạ Nguyễn Minh Đức hướng dẫn, cùng nhóm sinh viên chuyên ngành cơ khí thực hiện vào năm 2016. Hệ thống tập trung giải quyết việc tự động hóa các khâu quan trọng gồm phân phối thức ăn, vệ sinh chuồng trại, kiểm soát vi khí hậu và thu thập dữ liệu sinh trưởng. Thiết kế kết hợp hài hòa giữa cơ cấu cơ khí bền bỉ và hệ thống điều khiển điện tử thông minh. Mô hình này mở ra hướng đi thiết thực cho việc nâng cao năng suất chăn nuôi và tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu cho nông hộ.

1.1. Bối cảnh phát triển công nghệ chăn nuôi thông minh

Chăn nuôi truyền thống tại nước ta bộc lộ nhiều điểm hạn chế lớn. Phương thức thủ công tiêu tốn nhiều thời gian và công sức của người lao động. Dịch bệnh thường xuyên phát sinh do môi trường sống của đàn lợn không được khử khuẩn kịp thời. Thêm vào đó, việc kiểm soát chế độ dinh dưỡng còn thiếu tính định lượng chuẩn xác. Lượng thức ăn dư thừa gây ô nhiễm chuồng nuôi và lãng phí tài chính. Điều kiện nhiệt độ bất lợi làm giảm sức đề kháng và tốc độ tăng trọng của vật nuôi. Để tháo gỡ khó khăn trên, việc áp dụng công nghệ tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu. Các nghiên cứu cơ khí ứng dụng tại trường đại học mang lại phương án cải tạo chuồng trại đồng bộ. Mô hình hướng tới mục tiêu giảm phụ thuộc sức người và tăng năng suất vật nuôi.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đồ án tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đề tài đặt mục tiêu chế tạo mô hình thực nghiệm hoạt động tin cậy và có tính ứng dụng cao. Nhóm nghiên cứu tập trung xây dựng cơ chế giám sát chuồng trại liên tục theo thời gian thực. Hệ thống hỗ trợ đắc lực công tác chăm sóc đàn heo qua từng giai đoạn tăng trưởng. Thiết bị tự động cung cấp khẩu phần ăn theo giờ hẹn trước. Nước uống và hệ thống tắm làm mát vận hành nhịp nhàng theo chu kỳ lập trình. Cảm biến tải trọng ghi nhận cân nặng định kỳ giúp chủ nuôi đánh giá chuẩn xác thể trạng vật nuôi. Đồng thời, dữ liệu môi trường và hình ảnh được lưu trữ an toàn trên máy tính quản lý. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng vững chắc cho việc chuyển giao công nghệ vào thực tế chăn nuôi.

II. Vấn đề thúc đẩy phát triển mô hình chuồng heo bán tự động mới

Mô hình chăn nuôi thủ công bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng trong thời đại nông nghiệp hiện đại. Chi phí nhân công vận hành chuồng trại tăng đều qua từng năm. Sự can thiệp trực tiếp của con người vào khu vực nuôi tạo nguy cơ lây truyền mầm bệnh nguy hiểm. Đàn heo dễ bị sốc nhiệt khi thời tiết chuyển biến đột ngột mà không có hệ thống điều hòa tự động xử lý kịp thời. Thao tác đong đếm thức ăn thủ công thiếu độ chuẩn xác, gây mất cân đối dinh dưỡng và lãng phí nguồn lực đầu vào. Ngoài ra, việc dọn rửa phân và nước tiểu thường xuyên bị chậm trễ khiến khí độc NH3 và H2S tích tụ trong không gian chuồng. Nồng độ khí độc cao dẫn đến các bệnh đường hô hấp mãn tính ở lợn con và lợn thịt. Quá trình kiểm tra cân nặng định kỳ đòi hỏi lùa bắt thủ công làm vật nuôi căng thẳng, chán ăn và giảm trọng lượng. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp cơ điện tử nhằm cải tiến chuồng nuôi thành hệ thống bán tự động là nhiệm vụ hết sức cấp thiết.

2.1. Hạn chế về kiểm soát môi trường và dịch bệnh chuồng nuôi

Môi trường chuồng nuôi truyền thống thường xuyên dao động vượt ngưỡng an toàn sinh học. Nhiệt độ chuồng tăng cao vào mùa khô làm lợn biếng ăn và suy giảm sức đề kháng. Độ ẩm cao vào mùa mưa lại tạo môi trường lý tưởng cho nấm mốc và vi khuẩn sinh sôi. Người chăn nuôi gặp nhiều trở ngại khi phải túc trực liên tục để kích hoạt máy bơm hoặc kéo bạt che chắn. Việc thiếu cảm biến giám sát khiến các can thiệp xử lý luôn diễn ra chậm trễ. Mầm bệnh lan truyền nhanh chóng giữa các ô chuồng qua chất thải và nguồn nước bị ô nhiễm. Tỷ lệ hao hụt đàn gia tăng gây tổn thất kinh tế nặng nề cho các cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ.

2.2. Khó khăn trong quản lý dinh dưỡng và theo dõi tăng trọng

Quản lý chế độ ăn theo phương pháp thủ công tiềm ẩn nhiều sai lệch đáng kể. Khẩu phần ăn phân phối không đồng đều giữa các cá thể trong cùng một ngăn chuồng. Những con lợn khỏe thường giành giật lượng thức ăn lớn hơn các con lợn yếu. Tình trạng này dẫn đến sự chênh lệch lớn về trọng lượng xuất chuồng trong toàn đàn. Bên cạnh đó, việc cân heo theo định kỳ gặp muôn vàn khó khăn do vật nuôi kháng cự mạnh. Quá trình di chuyển heo vào bàn cân cơ học thường gây xây xát và sụt giảm thể lực. Dữ liệu cân nặng chỉ được ghi chép thủ công trên sổ tay nên rất dễ thất lạc hoặc nhầm lẫn. Chủ trại thiếu cơ sở dữ liệu số hóa tin cậy để kịp thời điều chỉnh chế độ dinh dưỡng tương ứng.

III. Giải pháp thiết kế thi công mô hình chuồng heo bán tự động

Mô hình chế tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tích hợp cấu trúc phần cứng và phần mềm chuyên dụng. Khung cơ khí gia công từ thép chịu lực chống gỉ sét, đảm bảo độ ổn định cao trong môi trường ẩm ướt. Trung tâm xử lý sử dụng board vi điều khiển Arduino kết nối các cụm mạch công suất điều khiển động cơ. Cụm máng ăn tự động vận hành nhờ trục vít định lượng kết hợp cảm biến hành trình chính xác. Hệ thống cấp nước và làm mát sử dụng van điện từ điều áp cùng các béc phun sương bố trí khoa học trên trần chuồng. Mạch đo vi khí hậu tích hợp cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 phản hồi tức thời về bộ vi xử lý. Khi nhiệt độ vượt ngưỡng cài đặt, quạt thông gió và vòi tắm tự động kích hoạt để hạ nhiệt cho đàn heo. Hệ thống sàn cân kỹ thuật số lắp đặt cảm biến Loadcell và module RFID giúp nhận diện từng cá thể tự động. Người vận hành dễ dàng chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ thủ công và chế độ tự động thông qua giao diện máy tính.

3.1. Thiết kế cơ khí và hệ thống cấp liệu vệ sinh tự động

Kết cấu chuồng nuôi được tính toán kỹ lưỡng nhằm tối ưu hóa không gian di chuyển cho vật nuôi. Bồn chứa cám thiết kế dạng hình phễu đứng kết hợp cánh khuấy chống hiện tượng vón cục thức ăn. Động cơ giảm tốc dẫn động trục xoắn ốc để rót thức ăn vào máng theo đúng khối lượng định sẵn. Đường ống dẫn nước bằng nhựa chịu áp dẫn tới hệ thống núm uống tự động gắn quanh vách ngăn. Đường ray xịt rửa sàn chuồng trang bị dàn béc phun áp lực cao di chuyển tịnh tiến đều đặn. Lưu lượng nước xịt rửa và thời gian phun được cài đặt chính xác qua bộ định thời gian thực DS1307. Nhờ vậy, nền sàn luôn khô ráo và sạch sẽ mà không tiêu hao nhiều năng lượng điện nước.

3.2. Mạch điều khiển Arduino và thuật toán giám sát dữ liệu

Bộ não trung tâm của hệ thống là vi điều khiển Arduino nạp sẵn chương trình xử lý phân luồng ngắt timer. Mạch nhận tín hiệu analog từ loadcell cân trọng lượng và tín hiệu số từ cảm biến DHT11. Thẻ tai RFID gắn trên mỗi con lợn kích hoạt đầu đọc mỗi khi con vật bước vào lồng cân. Thuật toán tự động lọc nhiễu dao động cơ học để trích xuất chỉ số khối lượng tĩnh chuẩn xác nhất. Màn hình đồ họa GLCD hiển thị trực quan thông số nhiệt độ, độ ẩm và thời gian thực tại hiện trường. Cổng giao tiếp nối tiếp COM truyền dữ liệu đồng bộ lên phần mềm quản lý trên máy tính chủ. Giao diện máy tính cho phép người dùng theo dõi biểu đồ tăng trưởng và điều khiển từ xa dễ dàng.

IV. Đánh giá ứng dụng mô hình chuồng heo bán tự động vào thực tế

Mô hình chuồng heo bán tự động tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính khả thi vượt trội sau các bài thử nghiệm vận hành liên tục. Cơ chế phân phối thức ăn và nước uống đạt độ chính xác cao, loại bỏ tình trạng thất thoát cám rơi vãi. Hệ thống rửa sàn và tắm mát tự động giúp môi trường chuồng trại luôn duy trì mức nhiệt độ và độ ẩm lý tưởng. Đàn heo nuôi thử nghiệm sinh trưởng ổn định, giảm thiểu rõ rệt nguy cơ mắc các bệnh nhiễm trùng đường tiêu hóa và hô hấp. Chi phí nhân công chăm sóc giảm hơn 60% so với phương pháp thủ công truyền thống. Dữ liệu cân nặng và thông số sinh học được số hóa hoàn toàn, hỗ trợ người chăn nuôi lập kế hoạch xuất bán tối ưu. Thiết kế sử dụng linh kiện phổ biến, giá thành hợp lý, phù hợp với năng lực tài chính của nhiều hộ chăn nuôi và hợp tác xã. Đề tài chứng minh sự kết hợp hiệu quả giữa lý thuyết cơ khí chế tạo máy và nhu cầu hiện đại hóa nông nghiệp thực tiễn.

4.1. Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong chăn nuôi thực tiễn

Áp dụng giải pháp bán tự động mang lại nhiều lợi ích kinh tế thiết thực cho các cơ sở chăn nuôi. Lượng thức ăn phân phối theo định lượng khoa học giúp giảm hệ số chuyển đổi thức ăn FCR đáng kể. Nguồn tài nguyên nước ngọt được tiết kiệm tối đa nhờ các đầu van áp lực ngắt mở chính xác theo chu kỳ. Công sức lao động chân tay nặng nhọc giảm thiểu rõ rệt, giải phóng thời gian cho người quản lý. Tỷ lệ tăng khối lượng bình quân ngày của đàn lợn được cải thiện rõ rệt nhờ môi trường sống trong lành. Mô hình vận hành ổn định giúp rút ngắn thời gian nuôi và gia tăng vòng quay tái đàn mỗi năm. Hiệu quả chăn nuôi tăng trưởng bền vững trước biến động thị trường.

4.2. Khả năng nhân rộng và hướng phát triển nông nghiệp 4.0

Công trình nghiên cứu sở hữu tính module hóa cao nên rất thuận tiện cho việc nhân rộng quy mô. Các linh kiện điều khiển, cảm biến và động cơ đều có sẵn trên thị trường với chi phí thay thế thấp. Người sử dụng có thể lắp đặt bổ sung vào hệ thống chuồng trại hiện hữu mà không cần phá vỡ cấu trúc cũ. Trong tương lai, mô hình có thể tích hợp thêm kết nối Internet vạn vật IoT và công nghệ điện toán đám mây. Hệ thống camera ứng dụng trí tuệ nhân tạo sẽ hỗ trợ phát hiện sớm các dấu hiệu hành vi bất thường của vật nuôi. Chủ trang trại có thể theo dõi mọi diễn biến chuồng trại từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh. Đây chính là bước đệm then chốt đưa chăn nuôi Việt Nam hội nhập kỷ nguyên số.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành chăn nuôi heo tại Việt Nam trong giai đoạn 2015–2016 chủ yếu duy trì theo hình thức phân tán và nhỏ lẻ ở các hộ gia đình. Mô hình này phụ thuộc lớn vào điều kiện con giống, nguồn thức ăn và chất lượng chuồng trại, đồng thời chịu nhiều ảnh hưởng tiêu cực từ dịch bệnh, dẫn đến hiệu quả kinh tế và tỷ suất lợi nhuận đạt mức thấp. Bên cạnh đó, tình trạng thiếu hụt nguồn cung thịt heo đạt tiêu chuẩn chất lượng ổn định khiến Việt Nam phải nhập khẩu số lượng lớn sản phẩm chăn nuôi. Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Hải quan vào tháng 01/2016, riêng trong năm 2015, Việt Nam đã nhập khẩu 4.181 con heo giống với tổng giá trị hơn 4,66 triệu USD.

Theo định hướng của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, chăn nuôi trong nước bắt đầu chuyển dịch rõ nét từ hình thức nhỏ lẻ sang mô hình trang trại tập trung quy mô vừa và lớn. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ tại các trang trại phần lớn chỉ dừng lại ở các thiết bị cơ giới hóa đơn lẻ, thiếu tính đồng bộ và chưa hình thành một hệ thống tự động hoàn chỉnh. Chi phí nhân công vận hành cho các khâu cho ăn và vệ sinh chuồng trại chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí sản xuất. Một số doanh nghiệp trong nước (như Công ty Lộc Phát) đã tiếp cận công nghệ quản lý hiện đại nhưng phải chịu chi phí đầu tư ban đầu rất cao do phải nhập khẩu phần mềm chuyên dụng từ nước ngoài.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Chế tạo máy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh thực hiện đề tài nhằm nghiên cứu tính khả thi và chế tạo mô hình thực nghiệm ứng dụng các giải pháp tự động hóa công nghiệp vào quy trình chăn nuôi heo thịt.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Tìm hiểu, khảo sát các giải pháp và công nghệ tự động hóa hiện nay có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực chăn nuôi heo tại Việt Nam.
2. Lên ý tưởng, tính toán, thiết kế và thi công hoàn thiện mô hình chuồng heo bán tự động tích hợp điều khiển trực tiếp trên bảng điều khiển và điều khiển giám sát qua máy tính, với sự hỗ trợ của hệ thống truyền động điện – khí nén, mạng lưới cảm biến thu thập thông số môi trường và bộ vi xử lý Arduino.
3. Tự động hóa các khâu vận hành trọng yếu: cấp và phối trộn thức ăn theo khẩu phần định mức, kiểm soát khối lượng thức ăn tiêu thụ, xịt rửa vệ sinh chuồng và tắm mát cho heo, giám sát các thông số vi khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng), theo dõi cân nặng định kỳ qua cảm biến và định danh cá thể bằng thẻ vô tuyến để đánh giá sức khỏe vật nuôi, đồng thời ghi nhận và sao lưu dữ liệu quản lý.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Các cơ cấu dẫn động cơ khí và điện – khí nén (động cơ điện, máy bơm nước, xy-lanh khí nén, bộ truyền đai, mối ghép hàn hồ quang, bu-lông, đinh rút); các thiết bị cảm biến và thu thập dữ liệu (cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11, cảm biến khoảng cách siêu âm, cảm biến khối lượng Loadcell cầu Wheatstone, module thời gian thực DS1307, đầu đọc RFID ACE 631); bo mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560; đặc tính sinh học và tập tính của heo sau cai sữa.
• Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn ở việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình thực nghiệm chuồng nuôi 2 con heo giai đoạn sau cai sữa (từ 30–60/75 ngày tuổi, khối lượng từ 15–30 kg đến tối đa 40 kg/con). Chuồng thực nghiệm có diện tích 1,5 m², được phân định thành khu vực sinh hoạt (1,0 m²) và khu vực máng ăn (0,5 m²).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết kỹ thuật của đề tài dựa trên ba nền tảng cốt lõi:

• Kỹ thuật điều khiển điện – khí nén: Khí nén được lựa chọn nhờ các đặc tính kỹ thuật phù hợp với môi trường chăn nuôi như áp suất làm việc tiêu chuẩn khoảng 6 bar, tốc độ chuyển động tịnh tiến của xy-lanh nhanh (từ 1–2 m/s), khả năng tích trữ năng lượng dễ dàng trong bình chứa, độ an toàn cao về phòng chống cháy nổ, không gây nhiễm bẩn môi trường và không xảy ra hiện tượng quá tải nguy hiểm khi gặp vật cản.
• Lý thuyết cảm biến và đo lường điện tử: Nguyên lý chuyển đổi tín hiệu không điện thành đại lượng điện. Trong đó, cảm biến khối lượng Loadcell hoạt động dựa trên mạch cầu điện trở Wheatstone gắn các miếng đo biến dạng (strain gauge). Khi chịu lực kéo hoặc nén cơ học, điện trở của strain gauge biến thiên tỷ lệ thuận với biến dạng cơ học, làm mất cân bằng mạch cầu và tạo ra tín hiệu điện áp ngõ ra (danh định từ 2–3 mV/V). Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 để giám sát vi khí hậu và cảm biến sóng siêu âm phát xung kích hoạt chân TRIG (thời gian phát 5 µs) và nhận xung phản hồi qua chân ECHO để đo khoảng cách.
• Nền tảng vi điều khiển Arduino Mega 2560: Sử dụng vi xử lý trung tâm 8-bit Atmega2560 hoạt động ở điện áp 5V, xung nhịp 16 MHz, điện áp vào khuyên dùng 7–12V. Bo mạch cung cấp 54 chân vào/ra số (I/O, trong đó có 15 chân hỗ trợ băm xung PWM, dòng điện giới hạn 40 mA mỗi chân), 16 ngõ vào tương tự (ADC độ phân giải 10-bit), bộ nhớ Flash 256 KB (với 8 KB dùng cho bootloader), 8 KB SRAM và 4 KB EEPROM.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp thông tin: Khai thác tài liệu chuyên ngành chăn nuôi từ các cổng thông tin nông nghiệp trong nước để xác định quy chuẩn kích thước chuồng trại, định mức tiêu thụ thức ăn và công thức phối trộn dinh dưỡng cho heo thịt theo từng giai đoạn phát triển.
• Phương pháp khảo sát thực tế: Tiếp cận quy trình nuôi heo thủ công tại một số hộ chăn nuôi cá thể nhằm nhận diện các công đoạn tiêu tốn nhiều sức lao động nhất (cho ăn, xịt rửa phân, theo dõi tăng trọng) để đưa ra bài toán cơ điện hóa phù hợp.
• Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Áp dụng các công thức cơ học lưu chất và chi tiết máy để xác định thể tích bồn chứa nguyên liệu, thể tích bồn trộn bán nguyệt, lưu lượng và cột áp của máy bơm nước vệ sinh, công suất của động cơ khuấy trộn.
• Phương pháp thực nghiệm đo đạc vật lý: Thiết lập mô hình đo trực tiếp momen xoắn trên trục trộn bằng thanh đòn thẳng chiều dài 300 mm (cánh tay đòn đặt lực 250 mm) và lực kế lò xo (thang đo cực đại 10 N, độ chia nhỏ nhất 0,1 N) tại hai góc lệch làm việc (+30° và -30° so với phương ngang) để đo lực cản thực tế của khối cám phối trộn.

Nguồn dữ liệu sử dụng: Số liệu thống kê xuất nhập khẩu năm 2015 của Tổng cục Hải quan; bảng định mức tiêu thụ thức ăn và công thức phối trộn thức ăn cho lợn thịt theo tiêu chuẩn kỹ thuật chăn nuôi Việt Nam; thông số kỹ thuật catalog của linh kiện điện tử và thiết bị khí nén.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống chuồng heo bán tự động được thiết kế thành bốn phân hệ kỹ thuật đồng bộ:

Phân hệ kỹ thuật	Kết cấu phần cứng và thiết bị chính	Thông số kỹ thuật và giải pháp thiết kế
Chuồng trại	Khung vách thép hộp, tấm lót sàn nhựa, máng ăn Inox, vòi uống tự động, cân heo điện tử.	Diện tích tổng thể 1,5 m² (khu sinh hoạt 1,0 m², khu ăn 0,5 m²). Vách ngăn cao 80 cm dùng thép láp tròn Φ10–Φ12 mm, khoảng cách thanh 4 cm. Kết cấu thép tăng tính cơ động, dễ tháo lắp so với xây gạch.
Cung cấp thức ăn	03 bồn chứa nguyên liệu, 01 bồn cân trung gian, 01 bồn trộn cám, động cơ giảm tốc, bơm màng dẫn thức ăn.	3 bồn chứa thể tích 16.000 cm³/bồn, dự trữ đủ thức ăn cho 2 heo trong 7 ngày. Bồn trộn dạng bán nguyệt bán kính r = 10 cm, dài L = 60 cm (dung tích 9.420 cm³). Động cơ trộn 25 W, 125 vòng/phút nối trục đàn hồi. Cửa xả đóng mở bằng xy-lanh khí nén 2 cấp tốc độ.
Vệ sinh - Làm mát	Máy bơm ly tâm, đường ống dẫn, cơ cấu nâng hạ góc phun, 05 béc phun xịt rửa.	Bơm công suất 0,736 kW (1 HP), lưu lượng 13 m³/h, cột áp 8 mH₂O. 5 béc phun vành khăn (đường kính ngoài D = 13 mm, đường kính trong d = 9 mm), tầm phun tính toán 4 m với vận tốc dòng ra v₀ = 8,86 m/s. Cơ cấu vòi xịt nâng hạ bằng xy-lanh khí nén bản lề - thanh truyền.
Quản trị - Điều khiển	Bo mạch Arduino Mega 2560, cảm biến DHT11, module DS1307, RFID ACE 631, màn hình GLCD, module thẻ nhớ SD, máy tính giám sát.	Vi điều khiển Atmega2560 trung tâm, cảm biến siêu âm đo khoảng cách vật nuôi. Rơ-le điều khiển cụm van khí nén và máy bơm. Phần mềm giám sát trên máy tính giao tiếp qua cổng COM (RS232/Serial) gồm các giao diện: Trang chủ, Cài đặt, Quản lý thức ăn, Quản lý sức khỏe, Bảng điều khiển.

Quy trình vận hành và kiểm thử giải thuật điều khiển:

• Chế độ tự động (Auto): Hoạt động dựa trên việc so sánh dữ liệu thời gian thực từ IC DS1307 với các mốc giờ cài đặt trước hoặc nhận lệnh từ máy tính. Đến giờ quy định, hệ thống tuần tự kích hoạt chu trình trộn thức ăn, sau đó trễ một khoảng thời gian sẽ mở van xả thức ăn ra máng trong vòng 2 phút rồi đóng van, ngắt bơm. Đối với khâu vệ sinh và làm mát, vi điều khiển đọc giá trị từ cảm biến DHT11; nếu nhiệt độ môi trường vượt ngưỡng cài đặt (DAT) và độ ẩm đạt từ 76% trở lên, hệ thống sẽ tự động kích hoạt máy bơm tắm mát trong chu kỳ thời gian quy định để điều hòa thân nhiệt cho heo.
• Giải thuật phối trộn thức ăn theo tỷ lệ dinh dưỡng: Chu trình trộn bắt đầu bằng việc mở van bồn chứa số 1 (chứa hỗn hợp bột sắn và bột đậu tương). Khối lượng rơi xuống bồn cân được Loadcell theo dõi liên tục cho đến khi đạt 0,35 kg thì đóng van 1 và ghi nhận vào biến dữ liệu. Hệ thống tiếp tục mở van bồn số 2 (chứa bột ngô, bột xương, vỏ sò, muối) cho đến khi khối lượng tích lũy đạt 0,65 kg thì dừng. Van bồn số 3 (chứa tấm và cám gạo) mở tiếp tục đến khi tổng khối lượng đạt đúng 1,0 kg (đủ khẩu phần cho 1 cữ ăn của 2 con heo). Sau đó, cửa xả bồn cân mở để đổ toàn bộ nguyên liệu vào bồn trộn, động cơ trộn khởi động quay cánh khuấy trong 1 phút rồi dừng, toàn bộ thông số phối trộn được ghi vào chuỗi dataString và lưu trữ trực tiếp trên thẻ nhớ SD.
• Chế độ điều khiển bằng tay (Manual): Cho phép người vận hành can thiệp trực tiếp qua các nút bấm chức năng riêng biệt trên tủ điều khiển (nút trộn, nút cho ăn, nút tắm, và các nút dừng khẩn cấp tương ứng).
• Hệ thống định danh RFID và lưu trữ: Đầu đọc RFID ACE 631 kết nối ngắt UART với vi điều khiển. Khi gắn thẻ tai cho heo, hệ thống quét mã thẻ để truy xuất và ghi lại dữ liệu thể trọng thu được từ bàn cân vào thẻ nhớ, phục vụ theo dõi biểu đồ tăng trưởng từng cá thể.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc cơ giới hóa và tự động hóa trong ngành chăn nuôi heo tại Việt Nam trong bối cảnh sản xuất nhỏ lẻ, năng suất thấp và nguy cơ dịch bệnh cao. Tác giả khẳng định ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc thay thế thao tác thủ công bằng hệ thống điều khiển điện – cơ và điện – khí nén kết hợp giám sát qua máy tính. Chương 1 xác lập mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trên 2 heo con sau cai sữa, tóm tắt phương pháp luận và cấu trúc 6 chương của toàn bộ đồ án.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 2 trình bày tổng quan về thực trạng và xu hướng dịch chuyển của ngành chăn nuôi heo Việt Nam giai đoạn 2000–2015. Tác giả dẫn chứng bảng số liệu nhập khẩu giống và sản phẩm chăn nuôi năm 2015 của Tổng cục Hải quan để chứng minh sự thiếu hụt nguồn cung ổn định trong nước. Đồng thời, chương này phân tích các hạn chế của việc ứng dụng công nghệ hiện nay (chi phí nhập khẩu phần mềm ngoại quá cao, thiết bị rời rạc thiếu đồng bộ) và đề xuất phương hướng phát triển mô hình chuồng bán tự động chi phí thấp. Các yêu cầu kỹ thuật ban đầu được xác định rõ: nuôi heo sau cai sữa 15–30 kg (đến 40 kg), thức ăn hỗn hợp tự trộn từ nguyên liệu thô, nguồn điện sinh hoạt 1 pha 220V 50Hz, dự trữ thức ăn tối thiểu 7 ngày, có khả năng tự động trộn, cấp thức ăn, tắm mát và theo dõi cân nặng.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 3 cung cấp nền tảng lý thuyết kỹ thuật phục vụ việc thiết kế hệ thống. Phần đầu giới thiệu sự phát triển, đặc trưng vận hành, ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật điều khiển bằng khí nén (áp suất làm việc 6 bar, vận tốc xy-lanh 1–2 m/s). Phần hai phân tích lý thuyết cảm biến, trình bày chi tiết nguyên lý làm việc của cảm biến khối lượng Loadcell sử dụng mạch cầu điện trở Wheatstone để biến đổi biến dạng của các lá strain gauge thành điện áp, cùng sơ đồ đấu nối dây (4 dây và 6 dây) và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cảm biến. Phần ba giới thiệu kiến trúc phần cứng, sơ đồ chân và bảng thông số kỹ thuật chi tiết của vi điều khiển Arduino Mega 2560.

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp

Chương 4 thực hiện phân tích và so sánh kỹ thuật giữa các phương án triển khai nhằm lựa chọn giải pháp tối ưu cho mô hình:

• Kết cấu chuồng trại: Lựa chọn vật liệu thép thay vì xây gạch/xi-măng do ưu thế về khả năng di chuyển linh hoạt, dễ gia công, lắp ghép và thuận tiện sửa chữa, bảo trì mô hình thí nghiệm.
• Cơ cấu đóng mở bồn thức ăn: Lựa chọn hệ thống truyền động điện – khí nén thay vì truyền động điện – cơ (động cơ điện). Khí nén đáp ứng tốt yêu cầu đóng mở 2 cấp tốc độ, kết cấu cơ khí gọn nhẹ, chi phí thấp, tốc độ đáp ứng cao, an toàn vệ sinh và không phát sinh nguy cơ cháy nổ hay kẹt tải.
• Bộ điều khiển trung tâm: Lựa chọn vi điều khiển Arduino Mega 2560 thay vì bộ điều khiển lập trình công nghiệp PLC. Mặc dù việc lập trình trên Arduino phức tạp hơn, nhưng bo mạch này có ưu thế vượt trội về mặt kinh tế khi giá thành rẻ hơn nhiều lần, kích thước nhỏ gọn và vẫn đáp ứng đầy đủ số lượng chân I/O cũng như tốc độ xử lý cho hệ thống.

Chương 5: Tính toán, thiết kế mô hình

Đây là chương nội dung kỹ thuật trọng tâm của đồ án, trình bày toàn bộ quá trình tính toán cơ khí và xây dựng thuật toán điều khiển:

• Tính toán kích thước ô chuồng: Diện tích sàn 1,5 m² dành cho 2 heo sau cai sữa, vách ngăn cao 80 cm.
• Tính toán bồn chứa nguyên liệu dự trữ cho 7 ngày: Dựa trên định mức ăn tối đa 1,5 kg/con/ngày (heo giai đoạn cai sữa đến 40 kg) và công thức phối trộn thức ăn cho heo 10–30 kg. Khẩu phần 100 kg thức ăn hoàn chỉnh gồm: bột ngô 28 kg (28%), bột đậu tương 25,5 kg (25,5%), cám gạo 24 kg (24%), tấm 10 kg (10%), bột sắn 10 kg (10%), bột cá 4,5 kg, bột xương 1 kg, bột vỏ sò 1 kg và muối 0,5 kg. Tác giả phân bổ vào 3 bồn: Bồn 1 (bột sắn và đậu tương, chiếm 35,5%), Bồn 2 (bột ngô, bột xương, vỏ sò, muối, chiếm 30,5%), Bồn 3 (tấm và cám gạo, chiếm 34%). Khối lượng cần chứa trong 7 ngày cho 2 con heo: Bồn 1 chứa 7,455 kg; Bồn 2 chứa 6,405 kg; Bồn 3 chứa 7,14 kg. Dựa trên khối lượng riêng từng chất (tinh bột sắn 1,5789 g/cm³, bột đậu tương 0,7 g/cm³, bột ngô 1,5 g/cm³, tấm 1,2 g/cm³, cám gạo 0,45 g/cm³), thể tích tối thiểu tính ra lần lượt là: bồn 1 cần 8.980 cm³, bồn 2 cần 4.640 cm³, bồn 3 cần 12.950 cm³. Nhóm thiết kế quyết định chuẩn hóa kích thước và chọn bồn dung tích 16.000 cm³ (16 lít) cho cả 3 bồn chứa.
• Tính toán bồn trộn: Cung cấp 1 kg thức ăn hỗn hợp cho mỗi cữ ăn (3 cữ/ngày cho 2 con). Tổng thể tích thức ăn thô mỗi cữ là 1.265,24 cm³ (khoảng 1.500 cm³). Để lớp thức ăn không vượt quá trục khuấy, chiều cao vật liệu yêu cầu $h = \frac{1}{3}H$, dẫn đến thể tích hình học tối thiểu cần 4.500 cm³. Tính thêm 10% hệ số thất thoát, thể tích yêu cầu là 4.950 cm³ (quy tròn 5.000 cm³). Nhóm thiết kế chọn kết cấu bồn bán nguyệt bán kính r = 10 cm, chiều dài L = 60 cm, cho thể tích làm việc thực tế đạt 9.420 cm³.
• Tính chọn động cơ trộn: Đặt yêu cầu trục quay 120 vòng/phút. Nhóm tiến hành thực nghiệm đo lực cản quay trục bằng lực kế lò xo (cánh tay đòn 250 mm) tại 2 vị trí góc nghiêng ±30°. Kết quả đo 10 lần tại mỗi vị trí cho giá trị lực trung bình lần lượt là 7,04 N và 6,99 N, tính ra lực cản trung bình $F_{tb} = 7,015\text{ N}$. Momen xoắn tác dụng lên trục trộn:

$$M = F \times l = 7,015 \times 250 = 1.753,75\text{ N}\cdot\text{mm} \approx 1,754\text{ N}\cdot\text{m}$$

Công suất yêu cầu trên trục trộn:

$$P_{trục} = \frac{M \times n}{9,55 \times 10^3} = \frac{1,75375 \times 120}{9,55} \approx 22,04\text{ W}$$

Với hiệu suất truyền động qua nối trục đàn hồi giả định 99%, công suất động cơ cần thiết là 22,3 W. Nhóm lựa chọn động cơ giảm tốc công suất định mức 25 W, tốc độ 125 vòng/phút.

• Tính chọn động cơ bơm nước vệ sinh: Thiết kế hệ thống gồm 5 vòi xịt vành khăn có đường kính ngoài D = 13 mm, đường kính trong d = 9 mm. Yêu cầu tầm phun xa 2 m, lấy hệ số an toàn tính toán tầm phun $l = 4\text{ m}$ tại chiều cao $h = 1\text{ m}$. Vận tốc đầu ra của dòng nước tính theo công thức ném ngang:

$$v_0 = l \times \sqrt{\frac{g}{2h}} = 4 \times \sqrt{\frac{9,81}{2 \times 1}} \approx 8,86\text{ m/s}$$

Lưu lượng nước yêu cầu qua 5 vòi xịt:

$$Q = \frac{3600 \times v_0 \times \pi \times 5 \times (D^2 - d^2)}{4} = \frac{3600 \times 8,86 \times 3,14 \times 5 \times (0,013^2 - 0,009^2)}{4} \approx 11,02\text{ m}^3\text{/h}$$

Nhóm chọn động cơ bơm ly tâm có thông số định mức: lưu lượng bơm $Q_{đc} = 13\text{ m}^3\text{/h}$, cột áp tối đa $8\text{ mH}_2\text{O}$, công suất tiêu thụ điện $P = 0,736\text{ kW}$ (tương đương 1 HP).

• Xây dựng giải thuật và lưu đồ điều khiển: Trình bày chi tiết 14 lưu đồ thuật toán điều khiển của hệ thống, bao gồm: chương trình chính, chương trình tự động (Auto), chương trình bằng tay (Manual), chương trình con trộn thức ăn, hiển thị thời gian - nhiệt độ - độ ẩm, đọc/ghi RFID, ghi thẻ nhớ SD, đo khoảng cách siêu âm, cho heo ăn, tắm heo, xử lý nút Set, xử lý nút Mode, chương trình ngắt Timer1 (chu kỳ đặt giá trị 50000) và chương trình truyền thông giao tiếp máy tính.

Chương 6: Chế tạo thử nghiệm – Đánh giá

Chương 6 tổng kết kết quả thi công mô hình vật lý hoàn chỉnh và xây dựng phần mềm quản trị trên máy tính. Tác giả đánh giá sự vận hành của từng phân hệ: hệ thống khí nén đóng mở dứt khoát; hệ thống bồn chứa và định lượng thức ăn qua Loadcell hoạt động đúng tỷ lệ; hệ thống vệ sinh với 5 đầu béc phun đạt tầm phủ làm sạch sàn chuồng; hệ thống điện tử thu thập ổn định dữ liệu từ cảm biến DHT11, cảm biến siêu âm, RFID và ghi nhận đầy đủ lên thẻ nhớ SD cũng như hiển thị trực quan trên giao diện phần mềm PC.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được:

• Chế tạo thành công mô hình vật lý chuồng heo bán tự động kích thước 1,5 m² đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về chăn nuôi heo thịt sau cai sữa.
• Vận hành thành công cơ chế phối trộn thức ăn tự động từ 3 bồn chứa độc lập (thể tích 16 lít/bồn) theo tỷ lệ dinh dưỡng xác lập sẵn, kiểm soát khối lượng nạp chính xác bằng cảm biến Loadcell và bồn trộn bán nguyệt dung tích 9.420 cm³, dẫn động bởi động cơ giảm tốc 25 W qua khớp nối đàn hồi.
• Tự động hóa hoàn toàn chu trình cấp thức ăn ra máng trong 2 phút và chu trình tắm heo/xịt rửa chuồng bằng bơm công suất 0,736 kW (lưu lượng 13 m³/h) dựa trên thông số hẹn giờ từ IC DS1307 và ngưỡng cảm biến DHT11 (nhiệt độ cài đặt DAT, độ ẩm từ 76% trở lên).
• Triển khai thành công hệ thống giám sát cá thể heo qua đầu đọc RFID ACE 631 kết hợp bàn cân điện tử và cảm biến siêu âm, ghi lưu dữ liệu vào thẻ nhớ SD và truyền thông thời gian thực lên phần mềm giao diện máy tính qua cổng nối tiếp.

Đóng góp của đồ án:

• Đưa ra giải pháp kỹ thuật kết hợp giữa điều khiển điện – khí nén và vi xử lý giá thành thấp (Arduino Mega 2560) để giải quyết bài toán tự động hóa trong chăn nuôi, giúp giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu so với việc nhập khẩu các dây chuyền trọn gói hay sử dụng PLC công nghiệp.
• Cung cấp phương pháp tính toán thiết kế cơ khí và quy trình thực nghiệm đo momen xoắn thực tế trên trục khuấy thức ăn thô, làm cơ sở dữ liệu tham khảo cho việc tính chọn công suất động cơ khuấy trộn nông sản.
• Đề xuất mô hình phối trộn thức ăn tại chỗ từ các nguồn nông sản đơn lẻ (bột ngô, bột sắn, cám gạo, bột đậu tương), giúp người chăn nuôi chủ động kiểm soát dinh dưỡng và tiết kiệm đáng kể chi phí so với việc mua thức ăn công nghiệp tổng hợp bán sẵn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Mô hình chế tạo mới chỉ dừng lại ở quy mô thử nghiệm phòng thí nghiệm (cho 2 con heo), chưa được đưa vào kiểm nghiệm thực tế dài hạn trên đàn heo sống trong môi trường trang trại chăn nuôi thật để đánh giá tác động của môi trường ăn mòn, chất thải và tập tính phá phách của vật nuôi đối với độ bền cơ khí và cảm biến.
• Việc phối hợp điều khiển giữa các thiết bị chấp hành khác nhau (động cơ điện, máy bơm ly tâm công suất lớn, các cụm van và xy-lanh khí nén) chưa đạt đến mức độ tối ưu hóa cao nhất về mặt điều phối năng lượng và thuật toán phản hồi liên tục.
• Đồ án chưa lượng hóa chi tiết bài toán hạch toán kinh tế toàn diện (chi phí đầu tư thiết bị, khấu hao cơ khí, tiêu thụ điện năng, chi phí bảo trì hệ thống khí nén) khi mở rộng sang quy mô trang trại công nghiệp vừa và lớn.

Hướng phát triển tiếp theo:

• Đưa mô hình vào ứng dụng thử nghiệm thực địa tại các trang trại để kiểm chứng tính bền bỉ, độ ổn định của hệ thống cảm biến và độ tin cậy của cơ cấu cấp thức ăn, vệ sinh tự động trong điều kiện chăn nuôi thực tế.
• Tối ưu hóa thuật toán điều khiển và giao thức truyền thông, nghiên cứu nâng cấp hệ thống điều khiển từ xa với khoảng cách không giới hạn thông qua mạng truyền thông công nghiệp hoặc kết nối Internet vạn vật (IoT).

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và giảng viên các ngành Công nghệ Chế tạo máy, Cơ điện tử, Kỹ thuật Tự động hóa và Cơ khí Nông nghiệp đang nghiên cứu các đề tài về tự động hóa thiết bị nông trại hoặc thiết kế máy nông nghiệp.
• Kỹ sư cơ khí, cơ điện tử có thể tham khảo trực tiếp phương pháp tính toán thiết kế các cụm cơ cấu: tính chọn thể tích bồn chứa nguyên liệu rời dạng hạt/bột, thiết kế bồn trộn bán nguyệt, phương pháp bố trí thực nghiệm dùng lực kế xác định momen xoắn trục trộn cám, và công thức tính toán thủy lực cho hệ thống béc phun xịt rửa áp lực.
• Lập trình viên hệ thống nhúng có thể tham khảo cấu trúc 14 lưu đồ thuật toán điều khiển phân cấp trên bo mạch Arduino Mega 2560 kết hợp nhiều ngoại vi (DHT11, Loadcell, RFID UART, RTC DS1307, GLCD, thẻ nhớ SD) và phương thức tổ chức truyền thông dữ liệu hai chiều với phần mềm giám sát trên máy tính.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn kết cấu chuồng trại bằng vật liệu thép thay vì xây gạch và xi-măng truyền thống?
   Trong đồ án, nhóm nghiên cứu đã so sánh trực tiếp hai phương án. Mặc dù xây bằng gạch và xi-măng có chi phí vật tư thấp hơn, nhưng đối với một đề tài nghiên cứu cấp đại học mang tính thử nghiệm, việc thi công khung bằng thép hộp và thanh láp tròn giúp mô hình có khả năng di chuyển linh hoạt, dễ dàng tháo lắp, căn chỉnh cơ cấu cơ khí và thuận tiện sửa đổi kết cấu khi cần bảo trì, kiểm tra thiết bị.

2. Động cơ trục trộn thức ăn được tính chọn với công suất bao nhiêu và dựa trên cơ sở thực nghiệm nào?
   Động cơ trục trộn được chọn là loại động cơ giảm tốc có công suất định mức 25 W, tốc độ 125 vòng/phút. Công suất này được xác định thông qua thực nghiệm đo lực cản quay trục bằng lực kế lò xo gắn trên cánh tay đòn 250 mm tại 2 góc lệch ±30° so với phương ngang. Lực kéo trung bình đo được là 7,015 N, tương ứng momen xoắn 1.753,75 N·mm. Từ đó tính ra công suất yêu cầu trên trục là 22,04 W (tại 120 vòng/phút) và công suất động cơ cần thiết là 22,3 W (ứng với hiệu suất truyền động 99%).

3. Tỷ lệ phối trộn và cách phân chia thức ăn vào 3 bồn chứa của mô hình được thiết kế như thế nào?
   Khẩu phần phối trộn cho heo từ 10–30 kg gồm 8 thành phần chính, được chia vào 3 bồn chứa riêng biệt: Bồn 1 (chứa 10% bột sắn và 25,5% bột đậu tương, cung cấp 35,5% tổng lượng thức ăn); Bồn 2 (chứa 28% bột ngô cùng bột xương, bột vỏ sò và muối, cung cấp 30,5%); Bồn 3 (chứa 10% tấm và 24% cám gạo, cung cấp 34%). Cả ba bồn đều được chế tạo với dung tích chuẩn hóa 16.000 cm³ để đáp ứng dự trữ đủ thức ăn cho 2 heo trong 7 ngày.

4. Thông số tính chọn của máy bơm nước dùng cho hệ thống vệ sinh và tắm heo là gì?
   Hệ thống sử dụng động cơ bơm nước ly tâm công suất 0,736 kW (tương đương 1 HP), lưu lượng định mức $13\text{ m}^3\text{/h}$ và cột áp tối đa $8\text{ mH}_2\text{O}$. Thông số này được tính toán dựa trên yêu cầu cấp nước đồng thời cho 5 vòi xịt dạng vành khăn ($D = 13\text{ mm}$, $d = 9\text{ mm}$), bảo đảm tầm phun xa tính toán 4 m ở độ cao 1 m với vận tốc dòng chảy đầu ra đạt $8,86\text{ m/s}$ (lưu lượng tính toán lý thuyết là $11,02\text{ m}^3\text{/h}$).

5. Hệ thống tự động kích hoạt chức năng tắm cho heo dựa trên những điều kiện cảm biến nào?
   Trong chế độ vận hành tự động (Auto), chu trình tắm mát cho heo được kích hoạt khi đồng thời thỏa mãn hai điều kiện vi khí hậu thu thập từ cảm biến DHT11: nhiệt độ môi trường đo được lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ cài đặt của hệ thống (DAT) và độ ẩm tương đối trong chuồng đạt từ 76% trở lên. Khi thỏa điều kiện, rơ-le sẽ đóng điện để máy bơm hoạt động trong chu kỳ định sẵn nhằm hạ nhiệt cho chuồng trại.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, thi công mô hình chuồng heo bán tự động" đã giải quyết thành công bài toán tích hợp các giải pháp cơ cấu cơ khí, truyền động điện – khí nén và hệ thống điều khiển vi xử lý Arduino Mega 2560 vào quy trình chăn nuôi heo sau cai sữa. Nghiên cứu cung cấp đầy đủ dữ liệu tính toán kỹ thuật từ việc thiết kế bồn chứa, bồn trộn, động cơ khuấy cám thực nghiệm đến hệ thống bơm vệ sinh áp lực và chuỗi giải thuật điều khiển phân cấp. Mặc dù cần tiếp tục thử nghiệm dài hạn trên đàn vật nuôi sống để hoàn thiện tính đồng bộ, mô hình đã chứng minh tính khả thi cao trong việc tự động hóa các khâu nặng nhọc, giảm chi phí nhân công và mở ra hướng tiếp cận công nghệ giá thành thấp phù hợp với điều kiện chăn nuôi tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : GIỚI THIỆU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay, chăn nuôi ở Việt Nam, đặc biệt là chăn nuôi lợn chủ yếu là chăn nuôi nhỏ lẻ, do đó phụ thuộc vào rất nhiều điều kiện như giống, thức ăn, chuồng trại… Bên cạnh đó, khoa học – kỹ thuật nước ta cũng có nhiều bước tiến vượt bậc. Với sự bùng nổ của ngành tự động hóa và công nghệ điện tử, công nghệ ngày phát triển, kèm với đó là nhu cầu về tiện ích trong cuộc sống của con người ngày càng cao. Do vậy, với đề tài “Thiết kế thi công mô hình chuồng heo bán tự động”, giúp cho việc chăn nuôi heo sẽ trở nên đơn giản hơn, ít tốn kém về nhân công hơn.

Các công việc cho heo ăn, tắm cho heo, giám sát số lượng thức ăn và sức khỏe heo sẽ được tự động hóa hoàn toàn hay cũng có thể được điều khiển dễ dàng thông qua máy tính hoặc trực tiếp. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Ngày nay, các thiết bị điện tử và tự động hóa có mặt ở khắp mọi nơi, dễ dàng bắt gặp trong các lĩnh vực, từ những ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp cho đến nông nghiệp. Ban đầu, việc điều khiển các thiết bị điện thông qua một hệ thống gồm các phần tử nối với nhau bằng dây dẫn. Tuy nhiên, việc điều khiển thiết bị của mô hình này cần sự tác động trực tiếp của con người, trong nhiều trường hợp tạo nên sự bất tiện về khoảng cách điều khiển, cũng như về mặt ý thức và không đảm bảo an toàn.

Còn chưa kể đến việc mở rộng phạm vi điều khiển khá khó khắn và tốn kém chi phí. Sự ra đời của công nghệ tự động đã làm thay đổi hoàn toàn phương pháp chăn nuôi theo kiểu truyền thống như trước đây. Từ không tự động đã trở nên tự động, từ trực tiếp đã trở thành gián tiếp. Việc ứng dụng các thiết bị điều khiển tự động trong hệ thống có rất nhiều những ưu điểm trong chăn nuôi.

Có thể gắn kết nhiều thứ, thiết bị đầu cuối với nhau thông qua bộ điều khiển trung tâm như máy tính, máy ghi hình,. Do đó tự động hóa chiếm vai trò rất quan trọng trong việc chăn nuôi. Nắm được tầm quan trọng đó, đề tài đã thực hiện đề tài “THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHUỒNG HEO BÁN TỰ ĐỘNG”. Có thể nói đề tài này có tầm quan trộng rất lớn trong việc chăn nuôi heo theo quy mô vừa và lớn.

Nếu mở rộng đề tài, có thể ứng dụng để điều khiển hệ thống trong công nghiệp và điều khiển với khoảng cách không giới hạn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Tìm hiểu về một số giải pháp tự động hóa hiện nay. 1 Tìm hiểu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống chuồng heo tự động bằng cách điều khiển trực tiếp và điều khiển trên máy tính với sự hỗ trợ của điều khiển điện – khí nén, với các cảm biến và bộ vi xử lý với Arduino. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu Tìm hiểu một số loại động cơ, máy bơm, cảm biết hồng ngoại, cảm biến nhiệt độ, loadcell, bộ truyền đai, hệ thống khí nén, tìm hiểu tính công nghệ của hàn hồ quang.

Đặc tính, thói quen của heo, phạm vi chăn nuôi heo hiện nay. Phạm vi nghiên cứu Khả năng ứng dụng của các đối tượng trên trong lĩnh vực tự động hóa, đặc biệt là tự động hóa trong chăn nuôi, phù hợp với đặc tính, thói quen của giống lợn nuôi.