CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm về hệ thống tự động - Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người. - Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống khác. - Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến. + Hệ thống điều hoà không khí + Hệ thống điều chỉnh độ ẩm + Hệ thống tự động báo cháy v.v + Các máy tự động + Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động + Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.2 Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động - Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơ giới hóa và điện khí hóa.
Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội. Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng, giá thành. - Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất.
- Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn ứng dụng phục vụ đời sống con người. Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại,công việc tinh vi hiện đại. Còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng dụng phục vụ nhu cầu sống. Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta.3 Ứng dụng của hệ thống tự động trong tưới tiêu cây trồng - Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa.
Toàn bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản lượng… - Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn rất chậm. Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước đông nam á trong đó có Việt Nam. - Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực. Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào.4 Một số hệ thống tưới tự động trong và ngoài nước 1.1 Một số hệ thống trong nước - Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tự động vào trong cuộc sống.
Người dân đã sáng tạo ra các hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sức lao động, hiệu quả mang lại cao hơn so với tưới thủ công. Tuy nhiên hệ thống này còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao nhất có thể. Ở các trường đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thống tưới nước tự động do sinh viên thực hiện. Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục.
Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng viên trường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu. Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màng trồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200. Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC. Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và 5 sẽ tự ngừng trong đúng 6 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu.
Hệ thống tưới phun tự động đa năng là sản phẩm khoa học có ý tưởng hay, tính ứng thiết thực và đã được thử nghiệm có hiệu quả thực tế. - Ngoài ra còn có một số hệ thống tưới tự động được áp dụng cho tưới cây hoa màu tại Vịnh Bắc Bộ.1: Hệ thống tưới cây hoa màu tự động 1.2 Một số hệ thống ngoài nước - Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tự động: Đầu những năm 80, Liên Xô ( cũ ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng dụng trong nông nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩm của thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo khác. - Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tự động mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động tưới nước cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu đầu vào.
Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét. Trước khi robot tự động vận hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot. 6 Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng nhằm xác định lượng nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây. Bên cạnh đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp.
Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng. Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự độngtheo công nghệ tưới tiên tiến. 7 CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 2.1 Lựa chọn phương pháp tưới 2.1 Các phương pháp tưới phổ biến a) Phương pháp tưới ngập - Tưới ngập hay còn gọi là phương pháp tưới cho lúa. Phương pháp này nhằm cung cấp và duy trì một lượng nước trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng.
- Ưu điểm: + Điều hòa nhiệt độ của cây trồng + Kìm hãm sự phát triển của cỏ dại + Giảm bớt nồng độ các chất có hại - Nhược điểm: + Giảm độ thoáng khí + Giảm hoạt động của các vi sinh vật trong đất + Tốn nhiều nước, gây khó khăn cho việc cơ giới hóa đồng ruộng + Làm dâng cao mực nước ngầm, gây hiện tượng lầy hóa b) Phương pháp tưới theo luống - Tưới theo luống: hay còn gọi là phương pháp tưới rãnh, các rãnh đóng vai trò là các con kênh nhỏ làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn chính vào ruộng, khi nước chảy từ đầu rãnh xuống cuối rãnh sẽ ngấm sang hai bên, cung cấp nước cho cây trồng. Phương pháp này phù hợp với những cây trồng cạn, không có khả năng chịu ngập cao như: ngô, khoai, mía, đậu. - Ưu điểm: + Nước từ rãnh thấm vào đất, lớp đất mặt vẫn tơi xốp, kết cấu đất ít bị phá vỡ + Đất ít bị bào mòn, chất dinh dưỡng không bị rửa trôi + Ít hao tổn nước + Không làm ngập mặt ruộng nên công tác canh tác, cơ giới hóa dễ dàng hơn - Nhược điểm: + Lãng phí lượng nước ở cuối rãnh + Tốn chi phí nhân công cho việc tạo rãnh 8 c) Phương pháp tưới phun mưa Hình 2.1: Tưới Rau bằng béc tưới Nelson R33 - Là phương pháp đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng dạng mưa nhân tạo, nhờ các thiết bị thích hợp. Trong hiện tại và tương lai tưới phun mưa là phương pháp tưới hoàn thiện và hiện đại.
- Ưu điểm: + Tiết kiệm nước- tổn thất chỉ do bốc hơi trong quá trình tưới phun- tiết kiệm 40% đến 50% so với phương pháp tưới mặt. + Thích hợp với mọi loại địa hình, không gây xói mòn, trôi màu, không phá vỡ kết cấu đất. + Giảm diện tích chiếm đất của kênh mương và công trình tưới. - Nhược điểm: + Giá thành đầu tư xây dựng, quản lý, khai thác cao.
+ Kỹ thuật tưới phức tạp, đòi hỏi trình độ cao. + Chất lượng tưới bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết. d) Phương pháp tưới phun mưa - Là một kiểu khác của thiết bị tưới áp lực thấp, bao gồm: tưới nhỏ giọt, tưới phun, tưới ngầm, tưởi sủi, và hệ thống ứng dụng chính xác nguồn năng lượng thấp – Vi tưới là phương pháp tưới không làm ướt toàn bộ bề mặt đất mà chỉ cung cấp nước vào bộ phận cẩn thiết của cây trồng.2: Mô hình tưới nhỏ giọt vườn rau gia đình - Các phương pháp của vi tưới: + Tưới phun: là việc cung cấp nước thường xuyên trên bề mặt đất hoặc vùng rễ cây hoạt động, giữ lượng nước phù hợp nhất cho vùng thiết yếu này. + Tưới nhỏ giọt: cung cấp nước thành các giọt rời rạc, chậm và gần như liên tục.
+ Tưới ngầm: Cung cấp nước dưới bề mặt của đất bằng các hệ thống ống ngầm dưới đất, có đục lỗ. + Tưới sủi: cung cấp nước trên bề mặt đất trong một vùng nhỏ từ ống được cố định, với các ông chính bị chôn dưới đất.