Tải bản đầy đủ

THIẾT KẾ CHẾ TẠO, ĐIỀU KHIỂN ÁNH SÁNG, NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM TRONG HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỞNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO, ĐIỀU KHIỂN ÁNH SÁNG, NHIỆT ĐỘ,
ĐỘ ẨM TRONG HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Cảnh
Đào Hoàng Vinh
Ngành

: CƠ ĐIỆN TỬ.

Niên khóa

: 2013-2017.

Tháng 6 năm 2017



THIẾT KẾ CHẾ TẠO, ĐIỀU KHIỂN ÁNH SÁNG, NHIỆT ĐỘ,
ĐỘ ẨM TRONG HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG

Tác giả

LÊ VĂN CẢNH
ĐÀO HOÀNG VINH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư Ngành
CƠ ĐIỆN TỬ.

Giảng viên hướng dẫn
Th.S NGUYỄN TẤN PHÚC

Tháng 6 năm 2017
2


CẢM TẠ
Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trường Đại Học Nông
Lâm TP.HCM, quý thầy cô khoa cơ khí – công nghệ đã trang bị cho chúng em kiến
thức quý báu để chúng em có thể thực hiện đề tài một cách tốt nhất. Đặc biệt, chúng
em xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô bộ môn Cơ điện tử đã hỗ trợ em rất nhiều trong
quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS. NGUYỄN TẤN
PHÚC đã tận tình hướng dẫn, góp ý để chúng em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt
nhất. Ngoài ra, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô trong hội đồng đã
dành thời gian để nhận xét và góp ý để đề tài chúng em có thể hoàn thiện hơn.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân, các anh chị đi
trước cũng như là bạn bè đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ trong suốt quá trình làm đề
tài.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện.

Lê Văn Cảnh
Đào HoàngVinh

3


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu: “thiết kế chế tạo, điều khiển ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm trong
hệ thống trồng rau tự động” được thực hiện từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2017 tại
Trường Đại Học Nông Lâm TPHCM.
Với việc xây dựng thành công mô hình và đảm bảo độ ổn định trong vận hành
suốt hơn 30 ngày. Chúng em đã có những đợt thu hoạch sản phẩm đầu tiên với chất
lượng đạt những yêu cầu mà chúng em đặt ra.
Dựa trên những gì thu được sau khi hoàn thành. Chúng em hy vọng đề tài
này sẽ không dừng lại ở mức độ mô hình mà có thể đem vào thực tiễn và là tiền đề
phát triển cho các khóa sau tìm hiểu và xây dựng.



Kết quả thu được:
Khảo sát thực nghiệm cây trồng dưới tác dụng của đèn led.
Chọn loại ánh sáng nhân tạo phù hợp và thực nghiệm ứng dụng ánh sáng nhân

tạo trong việc thúc đẩy quá trình tăng trưởng của cây.
• Chế tạo mô hình dạng truyền thống.
• Điều khiển, giám sát các thông số môi trường (nhiệt độ, cường độ ánh sáng, độ
ẩm đất)
.

4


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa ……………………………………………………………………………….i

70

DANH SÁCH CÁC HÌNH

5


DANH SÁCH CÁC BẢNG

6


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1

Lý do chọn đề tài.
Vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm ở nước ta đang ở mức báo động, những ca ngộ

độc thực phẩm do tồn động Nitrat hay thuốc trừ sâu trong rau ở TP.HCM khiến nhiều
người lo sợ. Rau là thực phẩm không thể thiếu trong cơ cấu bữa ăn chúng ta. Nó không
chỉ vì cung cấp vitamin mà còn giúp tăng mùi vị bữa ăn và những lợi ích y học khác.
Vì thế, nhu cầu rau sạch hiện tại đang được rất nhiều người quan tâm.
Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển thì việc ứng dụng vào nuôi trồng sản xuất,
đặc biệt là tự động hóa quá trình sản xuất là điều rất cần thiết. Nhằm nâng cao chất
lượng sản phẩm, giảm công lao động, tiết kiệm năng lượng, hạ giá thành sản phẩm
giúp tăng sự cạnh tranh trong nước cũng như trên thị trường thế giới thì việc áp dụng
công nghệ cao là điều cần thiết.
Nhà kính có vai trò rất quan trọng trong việc trồng rau, hoa cho năng suất hiệu quả
kinh tế cao, sản phẩm đạt được tiêu chuẩn xuất khẩu và có thể sản xuất theo quy mô
công nghiệp. Nhà kính cho phép kiểm soát chặt chẽ và đầy đủ hầu hết các thông số
quá trình sản xuất, kể cả việc sử dụng tối ưu đất canh tác và sản lượng cây trồng trong
thời vụ do nhà kính đáp ứng được yêu cầu cho sự sinh trưởng phát triển tốt nhất của
cây trồng (như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, khí cacbonic, khí oxy…) và kiểm soát được
sâu bệnh hại cho cây. Hiện nay ở các nước phát triển trên thế giới như: Hà Lan, Pháp,
Đức, Anh, Mỹ, Israel, Nhật Bản… đã và đang phát triển ứng dụng rộng rãi các mô
hình nhà kính trồng rau, hoa quy mô tăng nhanh trong các năm gần đây, các nhà kính
tương đối hiện đại và có các dạng cấu trúc kết cấu khác nhau phù hợp với điều kiện
khí hậu kinh tế của mỗi nước. Ở Việt Nam một số nơi như trung tâm nghiên cứu rau
quả Hà Nội, Hasfasra-Đà Lạt đã nhập các mẫu nhà kính của Pháp, Israel…Các yêu cầu
khi tính toán thiết kế nhà kính là phải đảm bảo kiểm soát tối ưu các yếu tố khí hậu môi
trường trong nhà kính để cây sinh trưởng phát triển tốt nhất.
7


Ngoài những mặt tích cực của nhà kính thông thường thì vẫn tồn tại một hạn chế
là vẫn còn kén chỗ có ánh sáng để phục vụ cho cây trồng quang hợp. Tuy nhiên nhờ
vào công nghệ đèn led (đèn cung cấp ánh sáng có bước phổ cần thiết cho thực vật nói
riêng và rau quả nói chung) thì vấn đề về ánh sáng đã được khắc phục đáng kể, nó góp
phần không nhỏ vào việc tăng năng suất cây trồng, hoàn thiện việc kiểm soát điều kiện
phát triển cây rau của mô hình nhà kính. Nhờ áp dụng mô hình đèn led vào trong nhà
kính nên có thể trồng rau ở bất cứ nơi nào mà không phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng.

Hình 1.1: Trồng rau trong nhà kính tại Nhật

Hình 1.2: Trồng rau bằng đèn led
Với hơn 70% dân số làm nông nghiệp, đối với Việt Nam ngành nông
nghiệp là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn. Đi cùng với sự phát triển của thế
giới, nhà kính đã bắt đầu xuất hiện ở nước ta từ những năm cuối thế kỉ XX đầu thế kỉ
XXI. Và cho đến nay việc sản xuất rau sạch và các loại hoa cao cấp bằng công nghệ
cao đã trở nên phổ biến ở nước ta, đặt biệt ở Đà Lạt nói riêng và Lâm Đồng nói chung
vùng sản xuất rau và hoa trọng điểm của cả nước. Rau sạch được sản xuất trong các
8


nhà lưới, nhà kính mà ở đó các yếu tố môi trường được điều chỉnh phù hợp, đồng thời
ngăn chặn côn trùng xâm nhập, tạo điều kiện tối ưu cho cây trồng sinh trưởng phát
triển tốt đạt năng suất cao.
So với canh tác truyền thống, hệ thống chăm sóc cây trồng theo mô hình nhà kính
hiện đại thực sự mang lại lợi ích như: tiết kiệm đến 1/3 công lao động, năng suất tăng,
cây trồng đảm bảo tuyệt đối sạch và quan trọng là người chủ đầu tư có thế tính được
tương đối chính xác sản lượng thu hoạch mà ít bị các yếu tố rủi ro như: điều kiện khí
hậu, ảnh hưởng của dịch bệnh… Vấn đề chính để phát triển mô hình này ở nước ta là
phải hạ giá thành đầu tư, cải tiến phù hợp với yêu cầu canh tác. Trước những lợi ích to
lớn từ hệ thống chăm sóc cây trồng trong nhà kính mang lại nhóm em quyết định chọn
đề tài “Thiết kế chế tạo, điều khiển ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm trong hệ thống trồng rau
tự động” làm đề tài nghiên cứu. Với mục đích tìm hiểu sâu hơn về những đặc điểm
cấu trúc của một số mô hình nhà kính ở Việt Nam. Thiết kế, chế tạo tự động hóa mô
hình nhà kính kết hợp với đèn led chiếu sáng cho một số loại rau cụ thể, góp phần đưa
thêm những lựa chọn phù hợp nhất cho cây trồng.
1.2 Mục tiêu đề tài.
Nâng cao khả năng lập trình các chương trình trên nền tảng board Arduino
và khả năng vẽ, thiết kế trên các phần mềm thiết kế.
Tìm hiểu tham khảo các mô hình trồng rau tự động ở Việt Nam và nước
ngoài để hoàn thành ý tưởng cho đề tài của mình.
Biết điều chỉnh, sử dụng cảm biến đo cường độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm.
Áp dụng lí thuyết đã học ứng dụng vào trong thực tế tạo ra những sản phẩm
có tính ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày.
Thiết kế, chế tạo và hoàn thiện mô hình điều khiển ánh sáng, nhiệt ẩm độ
trong hệ thống trồng rau tự động.
Giúp người dân giải quyết được khó khăn trong việc trồng rau của mình đặc
biệt là đối với việc trồng hoa vào dịp tết.
Đánh giá nhận xét những đặc điểm cơ bản về cấu trúc chi tiết các dạng nhà
kính, nhà lưới được sử dụng ở nước ta. Để đề ra được những phương án những mô
hình tốt hơn giúp cải thiện những mô hình cũ đang sử dụng.
9


Gắn kết cải thiện khả năng làm việc theo nhóm.
1.3 Nội dung đề tài.
Thiết kế, xây dựng mô hình trồng rau trong nhà kính.
Tìm hiểu các loại đèn led dùng trong trồng trọt trong nhà kính.
Tìm hiểu cảm biến đo cường độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm đất.
Tìm hiểu thông số phát triển và chọn thực nghiệm một loại rau.
Giám sát, điều khiển tín hiệu từ 3 loại cảm biến đã tìm hiểu trên nhằm duy
trì thông số phù hợp cho mô hình cây rau thích hợp.
1.4 Lịch sử nghiên cứu.
1.4.1 Nhà kính tại Israel.
Nhà kính sử dụng để trồng cây trong nông nghiệp đã tăng nhanh trong những
năm gần đây cả về số lượng và chất lượng. Bởi vì các nhà đầu tư và kinh doanh
trong lĩnh vực này đã quan tâm rất nhiều đến việc xây dựng và bảo trì nhà kính,
chúng được sử dụng rộng rãi cho các loại cây trồng có giá trị gia tăng cao. Phát triển
nhà kính đặc biệt phù hợp với trang trại gia đình nhỏ, nơi có khó khăn về đất đai và
nước.
Nhà kính ở Israel chủ yếu được sử dụng cho việc trồng hoa, rau, cây cảnh.
Gần đây các thí nghiệm đã được thực hiện để điều tra tính khả thi của trồng cây ăn
quả được trồng trong nhà kính như: xuân đào, đào, nho, chuối cho mục đích thương
mại chủ yếu là để xuất khẩu.
 Cấu trúc nhà kính:
Cấu trúc của nhà kính là một hệ thống vững chắc và có đủ độ bền để phòng
trường hợp phá hủy bởi gió thổi mạnh. Đó là hệ thống nhà kính đã được cải tiến
theo công nghệ cao mà hiện nay đang sử dụng tại Israel. Đặc biệt hệ thống màn
cửa và hệ thống thông gió trên mái nhà, ngoài ra lớp lưới tự động di chuyển theo
sự phản ứng với ánh nắng mặt trời. Các nhà kính mới có độ cao tới 5m điều này
giúp cho việc thông gió tốt hơn. Nó cũng cho phép các nhà che phủ sử dụng mắc
lưới cao như nhà kính trồng cà chua và dưa chuột.

10


Hình 1.3 : Nhà kính trồng rau

Hình 1.4: Nhà kính trồng dâu tây
Những tiêu chuẩn hệ thống nhà kính tại Israel có thể chịu được sức gió lên
đến 150km/h cho đến nay các nhà kính thực sự đáp ứng được các chỉ tiêu khắc
khe này đã được xuất khẩu sang nhiều nước có điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
 Kiểm soát khí hậu thông minh.
Công nghệ phát triển ở Israel cho phép làm mát nhà kính bằng cách làm
mát ngày và làm nóng vào ban đêm với một lượng tối thiểu năng lượng. Điều này
thực hiện thông qua một hệ thống vòi sen thống nhất kính thước giọt và được cài
đặt một đầu của nhà kính với thiết kế rất thông minh.
Suốt quá trình trong ngày những giọt hấp thụ dư thừa từ nhà kính và lưu giữ
cho đến khi ban đêm, khi nhiệt được phát tán. Phương pháp này đặc biệt hữu ích
cho cây cảnh, đòi hỏi một mức độ cao của độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ nhỏ.

11


Phần cứng máy tính và phần mềm đã được phát triển ở Israel cho phép điều
khiển tự động lượng nước tưới cho cây trồng trong nhà kính cũng như phân bón
và duy trì hệ thống khí hậu. Phát triển phần mềm liên lạc chặt chẽ với người dùng
nhằm duy trì sự phát triển mới nhất trong các hệ thống nông nghiệp và để cung
cấp hiệu quả cao nhất các giải pháp tiên tiến.
1.4.2 Nhà kính tại một số quốc gia khác.
Tại Hà Lan: “Nếu ai có dịp ghé vườn thí nghiệm công nghệ cao Brightbox tại
trung tâm nông nghiệp Venlo, Hà Lan nên ăn thử những búp xà lách mơn mởn,
được trồng dưới các điốt phát sáng, hay còn gọi là đèn LED.” Đó là câu trích dẫn từ
một bài báo của trang báo tuoitre.vn nói về công nghệ trồng rau sạch trong nhà kính
sử dụng đèn led chiếu sáng. Chúng được trồng trong môi trường hoàn toàn kín,
không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và tránh hầu hết các loại côn trùng phá hoại.
Như vậy, các nhà nông càng an tâm hơn trong việc canh tác dù thời tiết thay đổi như
thế nào hay bất kì mùa nào trong năm. Kết quả qua nhiều khâu kiểm tra, các nhà
khoa học nhận thấy, các loại rau trồng trong môi trường này đạt chuẩn cao về an
toàn thực phẩm.

Hình 1.5: Mô hình trồng rau bằng đèn led tại Hà Lan
Tại Nhật Bản: Theo tìm hiểu của nhóm về công nghệ trồng rau bằng đèn led
trên trang congnghenhatban.com thì đã biết được: qua thử nghiệm cho thấy công
nghệ trồng rau bằng đèn led ở Nhật Bản không những giúp thực vật phát triển, thậm
chí còn thúc đẩy tăng trưởng khoảng 250%.
12


Hình 1.6: Trồng rau bằng đèn led tại Nhật Bản
Theo như bài báo trên thì đây là trang trại trồng rau bằng đèn led trong nhà lớn
nhất thế giới, có diện tích tương đương một nửa sân bóng đá. Nơi đây từng là môt
nhà máy chất bán dẫn nay có thể trồng 10.000 cây rau diếp mỗi ngày. Nhà nghiên
cứu sinh lý học cây trồng Shigeharu Shimamura là người có ý tưởng công nghệ
trồng rau bằng đèn led này. Trang trại rau có 17.500 bóng đèn led, trải dài trên 18
khu trồng. Ánh sáng màu tím từ đèn led được sử dụng để “làm giả” ánh sáng ban
đêm, còn ánh đèn trắng được điều chỉnh thay đổi cả ngày để giả ánh sáng mặt trời.
Bóng đèn led tạo ra bước sóng ánh sáng tối ưu, thúc đẩy rau tăng trưởng.
Những cây rau được chiếu sáng bởi hệ thống đèn led, kết hợp với hệ thống kiểm
soát nhiệt độ và độ ẩm thúc đẩy quá trình quang hợp và phát triển của cây. Cũng
theo bài báo cho biết công nghệ này còn giúp tiết kiểm lượng chất thải cũng như là
lượng nước sử dụng trong một vụ thu hoạch.
 Tình hình ứng dụng nhà kính ở Việt Nam
Cùng với sự phát triển của công nghệ thế giới, ngành nông nghiệp nước ta hiện
nay cũng đã có những chuyển biến rõ rệt trong thời gian gần đây. Chúng ta đã áp
dụng cơ giới hóa nông nghiệp, điều này đã làm cho nền nông nghiệp của nước ta
phát triển một cách mạnh mẽ, không những đáp ứng cho nhu cầu lương thực,
thực phẩm trong nước mà còn xuất khẩu với một lượng lớn. Bên cạnh cơ giới hóa
nông nghiệp thì ngày nay nền nông nghiệp nước ta đã có những đột phá mới khi
áp dụng công nghệ cao vào sản xuất.
13


 Tại Hà Nội: Trung tâm kỹ thuật rau quả Hà Nội đã xây dựng và đưa vào sử dụng
khu nông nghiệp công nghệ cao đầu tiên tại Hà Nội, nhằm tiếp cận và ứng dụng
công nghệ khoa học tiên tiến của thế giới để sản xuất và cung ứng cho thị trường
những nông sản chất lượng cao.Được đầu tư số vốn 24 tỷ đồng, trong đó một nửa
do ngân sách thành phố cấp, một nửa là của các doanh nghiệp, khu nông nghiệp
công nghệ cao có một trung tâm thực nghiệm rộng 16 ha gồm hệ thống nhà kính
trồng hoa, trồng rau và nhà điều khiển vi tính và cùng một hệ thống nước hiện
đại. Hiện trung tâm có một số chuyên gia Israel trực tiếp hướng dẫn, chuyển giao
công nghệ cho 80 công nhân kỹ thuật.
Nhờ được trang bị hiện đại như hệ thống xử lí nước xung quanh, hệ thống tưới
tiêu, thông gió, hàng năm trung tâm có khả năng cung cấp cho Hà Nội khoảng
360 triệu tấn rau sạch, 6-7 triệu bông hoa các loại. Đặc biệt trung tâm đã nhân
giống thành công loại ớt cho năng suất từ 200-300 tấn/ha/năm, dưa chuột 250300 tấn/ha/năm và cà chua năng suất từ 300-400 tấn/ha/năm. Lần đầu tiên mô
hình trồng rau quả trong nhà kính với sự hỗ trợ của máy tính trong hầu hết các
công đoạn tưới tiêu, chăm sóc đã được áp dụng tại Hà Nội. Người trồng có thể
thiết đặt giờ tưới nước đối với từng khu vực cây trồng, hay yêu cầu hệ thống bón
phân cho một nhóm cây trồng theo ngày, theo tuần, theo tháng.
 Tại thành phố Hồ Chí Minh: Ngày 18/03/2005, Sở Nông nghiệp và PTNT
TP.HCM phối hợp với công ty S. Lahat và CTY cổ phần xuất nhập khẩu Bảo
Trân tổ chức Hội thảo giới thiệu về nhà kính đồng bộ của Israel và chuyển giao
công nghệ trồng trọt trong nhà kính.
Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những cái nôi nông nghiệp công nghệ
cao của cả nước nên những năm gần đây thu hút rất nhiều nhà đầu tư vào lĩnh
vực này.
Khu nông nghiệp công nghệ cao nằm ở phía Tây Bắc TP.HCM thuộc huyện Củ
Chi có tổng diện tích 88,17 ha. Khu nhà kính có thể tự động đóng mở mái che
mỗi khi thừa, thiếu ánh sáng hay độ ẩm, điều này sẽ giúp cho cây trồng luôn đảm
bảo điều kiện phát triển tốt nhất để cho năng suất cao và chất lượng rau, hoa quả
được bảo đảm tương đối sạch.
14


Hình 1.7: Nhà kính trong khu nông nghiệp công nghệ cao tại TP.HCM
Đèn led trồng cây đang là một xu hướng hiện đại và là một bước đi của thời
đại mới trong việc trồng trọt. Hiện nay các nền nông nghiệp hàng đầu thế giới
như Nhật Bản, Mỹ... đều đang áp dụng đèn LED để trồng rau, trồng cây trong nhà.
Phòng thí nghiệm ứng dụng LED trong nông nghiệp và công nghệ sinh học
vừa được đưa vào hoạt động là phòng thí nghiệm vệ tinh của LAFTRC tại Trường
ĐH Khoa học tự nhiên.
Đây là hợp tác giữa Trung tâm Nghiên cứu công nghệ tích hợp LED trong
nông nghiệp và công nghệ sinh hoạc (LED Agri-Bio Fusion Technology Center,
LAFTRC) thuộc ĐH Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc) và Trường ĐH Khoa học tự
nhiên (ĐH Quốc gia TP.HCM).Tháng 9/2015, Trường ĐH Khoa học tự nhiên đã ký
văn bản hợp tác với ĐHQG Chonbuk với hai nội dung: chuyển giao công nghệ LED
trong nông nghiệp và liên kết đào tạo.Việc khai trương Phòng thí nghiệm ứng dụng
LED trong nông nghiệp và công nghệ sinh học với các thiết bị do ĐHQG Chonbuk
tài trợ là bước khởi đầu cho việc thành lập Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng LED
trong nông nghiệp và CNSH trong thời gian sắp tới.
15


Mục tiêu của phòng thí nghiệm này là nghiêu cứu chuyển giao công nghệ ứng
dụng LED trong lĩnh vực nông nghiệp, CNSH với kỳ vọng sẽ cho ra đời những
những giống rau quả sạch, đạt tiêu chuẩn chất lượng và chuyển giao các kỹ thuật
điều khiển nuôi trồng rau quả và thủy sản khác.Sử dụng đèn LED trong nông
nghiệp đang là xu hướng mới được quan tâm hiện nay nhờ vào những ưu điểm vượt
trội.Chiếu sáng bằng đèn LED sẽ mang lại hiệu suất năng lượng sinh học cao từ đó
kích thích sự phát triển của cây trồng tốt hơn so với các loại bóng đèn truyền thống
khác. Ngoài ra, đèn LED còn giúp tiết kiệm điện năng, mang lại hiệu quả kinh tế
cao.

Hình 1.8: Phòng thí nghiệm ứng dụng LED trong nông nghiệp-CNSH.
Ngoài những cơ quan chức năng của Nhà nước như các Sở ban ngành nông
nghiệp và phát triển nông thôn có những chính sách để phát triển nông nghiệp theo
hướng hiện đại hóa thì các công ty chuyên về đèn led và trồng rau cũng ứng dụng công
nghệ này vào thực tiễn sản xuất. Một vài gương mặt tiêu biểu trong lĩnh vực này có thể
kể đến: Philips, HACHI, Rạng Đông… và một vài trang web cung cấp led nông
nghiệp cho các mô hình nhỏ và các hộ gia đình như: dentrongcay.com,
trongrausach.net.com, …

16


Hình 1.9: Bên ngoài mô hình trồng rau trong nhà kính sử dụng đèn led chiếu sáng

Hình 1.10: Bên trong mô hình trồng rau trong nhà kính sử dụng đèn led chiếu sáng
1.5

Đối tượng nghiên cứu.
Tìm hiểu về board mạch vi xử lý Arduino Mega.
Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C trên phần mềm IDE
Tìm hiểu và lấy dữ liệu của cảm biến nhiệt độ DHT22
Tìm hiểu và lấy dữ liệu của cảm biến độ ẩm đất
Tìm hiểu và lấy dữ liệu của cảm biến cường độ ánh sáng BH1750
Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ-le
Tìm hiểu và điều khiển các thiết bị ngoại vi như hệ thống tưới nước, quạt điều
chỉnh nhiệt ẩm độ, đèn sợi tóc.
Tìm hiểu về các đặc tính của cây rau cải bẹ xanh như nhiệt độ, độ ẩm đất, cường
độ ánh sáng thích hợp cho sự phát triển của cây rau cải bẹ xanh.
17


Tìm hiểu về ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ cũng như là tỉ lệ thích hợp giữa 2 ánh
sáng xanh: đỏ để có được nguồn ánh sáng tốt nhất cho sự phát triển của cây rau
cải bẹ xanh.
Tìm hiểu và thiết kế giao diện phần mềm Visual Basic để nhận tín hiệu và điều
chỉnh bằng tay các thông số nhiệt độ, độ ẩm đất và cường độ ánh sáng của nhà
kính cũng như là hiển thị các thông số đó.
Tìm hiểu và thiết kế mạch led 7 đoạn dùng làm bộ phận hiển thị các thông số
nhiệt độ, độ ẩm đất và cường độ ánh sáng ra bên ngoài cho người giám sát thấy.
1.6. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.
1.6.1. Vật liệu nghiên cứu.

Board vi xử lý Arduino Mega 2560
Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến nhiệt độ DHT22
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750
Rơ le
Quạt tản nhiệt
Ống nước và máy bơm nước
Đèn sợi tóc
Vật liệu mô hình
Phần khung được thiết kế bằng những thanh sắt chữ V với độ cứng và vững
chắc cao. Các thanh sắt được kết nối với nhau bằng ốc lục giác và các tấm nẹp
chữ V để nâng cao độ chắc chắn cho mô hình.
Phần mái được thiết kế bằng những thanh nhôm vuông để hạn chế trọng
lượng của phần máy. Mái được lợp bằng những tấm nhựa carton.
Phần đáy và cửa của mô hình được thiết kế với chất liệu là mica trong
2mm. Mica trong sẽ giúp cho việc quan sát mô hình từ bên ngoài sẽ được rõ hơn
và độ cứng sẽ cao hơn nhựa carton. Ở đáy mô hình nhóm thiết kế thêm 2 thanh
chữ V để tăng độ chống đỡ.
Phần xung quanh mô hình nhóm cũng sử dụng nhựa carton để bao quanh.
1.6.2

Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu các tài liệu, sách, báo, internet có liên quan tới đề tài.
18


Tìm hiểu các đề tài có liên quan về việc điều khiển nhiệt độ, độ ẩm đất và
cường độ ánh sáng.
Tìm kiếm, học hỏi những kiến thức từ những người đi trước.
Học hỏi và xin ý kiến hướng dẫn từ các giáo viên hướng dẫn đề tài trong
khoa cơ khí của trường.
Tìm hiểu dựa trên những mô hình trồng rau tại nhà ngoài thực tế.
Tìm hiểu các công trình nghiên cứu và hệ thống nhà kính ngoài thực tế.
1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
1.7.1 Ý nghĩa khoa học.

Từ kết quả nghiên cứu có thể góp phần làm cơ sở lý luận và thực tiễn để
phát triển mô hình hoàn chỉnh.
Từ kết quả nghiên cứu có thể thấy được tính khả quan và tính thương mại
của đề tài.
Góp phần công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp theo hướng tự động
hóa.
Là cơ sở, tiền đề để khóa sau có thể phát triển ý tưởng và làm cho mô hình
hoàn chỉnh hơn.
Góp phần thêm nội dung, kiến thức làm phong phú thêm giáo trình phục vụ
cho việc giảng dạy.
Tạo mối liên kết chặt chẽ giữa cơ điện tử và nông nghiệp công nghệ cao.
1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn

Góp phần cung cấp nguồn rau sạch, an toàn vệ sinh thực phẩm với số lượng
lớn và thời gian trồng trọt ngắn. Giải quyết được vấn đề cấp bách của nước ta
hiện tại đó là nguồn rau sạch với số lượng lớn.
Thêm ý tưởng mới trong quá trình hiện đại hóa trong nông nghiệp công
nghệ cao.
Áp dụng công nghệ, tự động làm giảm thời gian gieo trồng, tăng năng suất,
chất lượng của rau.
Thu hút vốn đầu tư trong và ngoài nước.

19


1.8

Kết quả dự kiến đạt được.
Mô hình điều khiển ánh sáng đèn led, nhiệt ẩm độ nhà kính với chức năng tự động

điều chình cường độ ánh sáng, nhiệt độ môi trường và độ ẩm đất để tạo môi trường tốt
nhất cho cây rau cải bẹ xanh phát triển bao gồm các kết quả sau:
Thiết kế được mô hình nhà kính với:
Kích thước nhà kính
Khối lượng cả mô hình
Tốc độ đáp ứng
Độ ổn định
Độ chính xác
Điều khiển cường độ ánh sáng đèn led để trồng cây rau cải bẹ xanh
Tìm hiểu và tạo ra được nguồn ánh sáng với tỉ lệ ánh sáng xanh: đỏ thích hợp cho
sự phát triển của cây rau cải bẹ xanh.
Tìm hiểu và đọc dữ liệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất.
Điều khiển các thiết bị ngoại vi để điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm nhà kính phù hợp
cho cây rau phát triển.
Hiển thị các thông số cường độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm ra ngoài thông qua led
7 đoạn.
Truyền thông số cường độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm về máy tính và hiển thị ra
trên phần mềm Visual Basic.
Điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và cường độ ánh sáng của nhà kính từ máy tính thông
qua phần mềm Visual Basic.

20


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Vi điều khiển và hiển thị.
2.1.1 Arduino mega.
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.
Có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu
chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các
robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.
Về phần cứng, Ardunio là một bo mạch in mà trên đó có sẵn chip vi xử lý
(thường là vi xử lý họ AVR của hãng Atmel) được liên kết đầy đủ với một số linh kiện
thường dùng như giắc cắm nguồn, liên kết cổng COM với máy tính qua chuẩn RS232,
các chân Digital (tín hiệu số), Analog (tín hiệu tương tự) và PWM (tín hiệu xung) cùng
các linh kiện để giữ ổn định tín hiệu.
Về phần mềm, Arduino tích hợp cả môi trường lập trình, trình biên dịch và nạp
mã cho chip vi xử lý Arduino cũng như truyền-nhận dữ liệu từ bo mạch Arduino qua
cổng COM. Người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C.
Các board Arduino hiện nay sử dụng phổ biến bao gồm: Arduino Nano, Arduino Uno,
Arduino Mega, Arduino Pro Mini, Arduino Enthernet....
Arduino Mega 2560 và 1 số thông số cơ bản:

Hình 2.11: Arduino Mega 2560
21


Các chân năng lượng:
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Mega. Khi bạn dùng
các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với
nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino Mega, nối cực dương của
nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino Mega có thể được đo ở
chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy không được lấy nguồn 5V từ chân
này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với
việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Lưu ý:
Arduino Mega không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào. Do đó phải hết sức cẩn
thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino Mega. Việc
làm chập mạch nguồn vào của Arduino Mega sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn
giấy. Tôi khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể.
Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các
thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn sai vị trí có thể
làm hỏng board. Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích.
Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino ATmega2560 với điện áp
dưới 6V có thể làm hỏng board.
Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển
ATmega2560.
Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino
ATmega2560 nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino
ATmega2560 sẽ làm hỏng vi điều khiển.

22


Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino
ATmega2560 vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu không dùng để
truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.
Một vài thông số của Arduino Mega2560
Vi điều khiển

ATmega2560

Điện áp hoạt động

5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp đầu

16 MHz

Dòng tiêu thụ

30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V – DC

Số chân Digital I/O

54 chân (trong đó có 15 chân cung cấp PWM)

Số chân Input Analog

16

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

20mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash

256 KB trong đó có 8 KB sử dụng bộ nạp khởi
động

SRAM

8 KB (ATmega328)

EEPROM

4 KB (ATmega328)

Chiều dài

101,52mm

Bề rộng

53,5mm

Cân nặng

37g
Bảng 2.1: Thông số Arduino Mega 2560

23


2.1.2. Led 7 đoạn

Hình 2.12: Led 7 đoạn
Cấu tạo led 7 đoạn:

Hình 2.13: Sơ đồ chân của led 7 đoạn
Sơ lược led 7 đoạn
LED 7 đoạn là một công cụ thông dụng được dùng để hiển thị các thông số dưới
dạng các số từ 0 đến 9.
Led 7 đoạn có 2 loại: Anode chung và cathode chung.
Loại anode chung: Chân chung được nối xuống mức 0, để kích sáng các thanh
led phải kích các chân còn lại với mức điện áp mức 1.
Loại cathode chung: Chân chung được nối vào nguồn 5V, để kích sáng các thanh
led phải kích các chân còn lại với mức 0.
Ứng dụng led 7 đoạn dùng để hiển thị giao tiếp với người sử dụng nhằm giám
sát, theo dõi quá trình nhất định ví dụ: thời gian, số lượng…
24


Hình 2.14: Mạch in led 7 đoạn
Các phương pháp cơ bản điều khiển hiển thị nội dung trên led 7 đoạn:
Phương pháp chốt: Ở phương pháp này, các chân led được nối trực tiếp với vi
các chân của vi điều khiển. Do số lượng chân trên vi điều khiển có hạn nên sẽ không
điều khiển được nhiều led.
Phương pháp quét: Nguyên lý điều khiển ở phương pháp này là cho lần lượt
từng led sáng trong 1 khoảng thời gian cực kỳ ngắn. Mỗi led sẽ thể hiện 1 giá trị tương
ứng với vị trí của nó. Với khoảng thời gian cực ngắn này, mắt ta sẽ không thể thấy
được led tắt nên ta sẽ có cảm giác là led sáng liên tục.
Nhóm đã chọn led 7 đoạn loại cathode chung với transistor A1015 để kích
dòng cho led. Phương pháp nhóm chọn để thực thi đồ án này là phương pháp
quét.
2.2 Cảm biến
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750.
Cảm biến độ ẩm đất.
Cảm biến nhiệt độ DHT22.

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×