HD4 nguyễn anh tú nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát hoạt động ao nuôi tôm sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG AO NUÔI TÔM SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Giáo viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Anh Tú Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hà Đào Xuân Hảo Lớp - 2018604613 : ĐH Cơ điện tử 02_k13 Hà Nội : 2022 2018604897 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các mơ hình hệ thống giám sát 10 1.2.1 Các phƣơng pháp đo nồng độ pH 10 1.2.2 Các phƣơng pháp đo độ mặn 15 1.2.3 Các phƣơng pháp đo nồng độ oxi nƣớc( DO ) 17 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 22 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 22 CHƢƠNG 2.1 CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM 23 Phƣơng pháp đo độ PH, độ mặn nồng độ ô xy nƣớc 23 2.1.1 Phƣơng pháp đo nồng độ pH 23 2.1.2 Phƣơng pháp đo độ mặn 25 2.2 Hệ thống chuyển đổi điện từ lƣợng mặt trời 28 2.2.1 Cấu tạo pin lƣợng mặt trời: 28 2.2.2 Nguyên lý hoạt động pin lƣợng mặt trời: 29 CHƢƠNG 3.1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 32 Thiết kế tổng thể hệ thống 32 3.1.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 32 3.2 Thiết kế hệ thống bể sơ đồ mạch in 33 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 35 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 35 3.3.2 Tìm hiểu linh kiện điện tử hệ thống 37 3.4 Chế tạo, thử nghiệm đánh giá hệ thống 43 3.4.1 Chế tạo 43 3.4.2 Thử nghiệm 44 3.4.3 Đánh giá hệ thống 45 KẾT LUẬN VÀ ĐÈ XUẤT PHÁT TRIỂN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 48 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Ao ni tơm sử dụng lƣợng mặt trời 10 Hình 1.2: Phenolphthalein (1) 12 Hình 1.3: Giấy đo pH 13 Hình 1.4: Cảm biến đo pH 14 Hình 1.5: Tỷ trọng kế thủy tinh (2) 15 Hình 1.6: Tỷ trọng kế cầm tay nhựa (3) 16 Hình 1.7: Khúc xạ kế (4) 17 Hình 1.8: Hóa chất thuốc thử đo DO (5) 18 Hình 2.1: Cảm biến đo pH (7) 23 Hình 2.2: Cấu tạo đầu dò điện cực pH (7) 24 Hình 2.3: Module đo nồng độ pH (7) 25 Hình 2.4: Module cảm biến đo độ ẩm (8) 25 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lí cảm biến đo độ ẩm 26 Hình 2.6: Pin lƣợng mặt trời (10) 28 Hình 2.7: Cấu tạo pin lƣợng mặt trời (11) 29 Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động pin lƣợng mặt trời (10) 29 Hình 2.9: Mạch chuyển đồi điện từ lƣợng mặt trời (12) 30 Hình 2.10: Sơ đồ mạch mạch sạc 31 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 32 Hình 3.2: Mặt bên bể 33 Hình 3.3: Mặt trƣớc sau bể 33 Hình 3.4: Mặt đáy bể 34 Hình 3.5: Bể hoàn thành 34 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 35 Hình 3.7: Khối điều khiển xử lí trung tâm 35 Hình 3.8: Khối nguồn 36 Hình 3.9: Khối cảm biến 36 Hình 3.10: Khối nút nhấn 36 Hình 3.11: Khối hiển thị 37 Hình 3.12: Arduino uno 37 Hình 3.13: LCD 16*2 38 Hình 3.14:Modun chuyển đổi i2c 39 Hình 3.15: Module Relay 40 Hình 3.16: Sơ đồ chân relay 41 Hình 3.17: Module giao tiếp thời gian thực 42 Hình 3.18: Mạch Giảm Áp DC LM2596 3A 42 Hình 3.19: Motor giảm tốc mini 43 Hình 3.20: Sơ đồ mạch in 43 Hình 3.21: Mạch hồn thành 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Độ bão hòa oxy dựa vào nhiệt độ độ mặn (6) 21 Bảng 2.1: Bảng chuyển đổi đơn vị đo độ dẫn điện dung dịch độ mặn dung dịch (9) 27 Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật arduino nano 37 Bảng 3.2: Bảng đánh giá độ pH qua giấy thử cảm biến đo 44 Bảng 3.3: Bảng đánh giá độ mặn qua thƣớc đo độ mặn cảm biến đo 44 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với xu hƣớng sử dụng nguồn lƣợng thiên nhiên thân thiện mơi trƣờng đƣợc khuyến khích từ phủ, dự án điện lƣợng mặt trời ngày phổ biến, phát triển đa đạng đặc biệt dự án kết hợp sản xuất nông nghiệp Hiện nay, bắt đầu xuất mô hình nhƣ điện mặt trời áp mái trang trại gia súc, trang trại trồng xen kẽ pin mặt trời hay điện mặt trời với nuôi thủy sản Bên cạnh nhà máy điện mặt trời với công suất lớn, nhiều hộ nông dân đầu tƣ phát triển điện mặt trời kết hợp với hệ thống giám sát cảnh báo tự động trang trại tơm, vừa đảm bảo đƣợc nguồn điện ổn định vừa mang lại hiệu kinh tế cao Chính thế, có nhiều cơng trình nghiên cứu vấn đề hệ thống giám sát ni tơm Với thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát hoạt động ao nuôi tôm sử dụng lƣợng mặt trời” mang tính ứng dụng cao, nhằm mục đích phát kịp thời cảnh báo điều kiện ao tôm không đảm bảo giúp ngƣời nuôi đạt đƣợc suất cao hạn chế rủi ro CHƢƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM 1.1 Lịch sử nghiên cứu Ngành ni tơm thủy sản Việt Nam gần có bƣớc phát triển vƣợt bậc thông tin đáng mừng: Chính phủ định tơm nƣớc lợ sản phẩm quốc gia kế hoạch đạt 10 tỷ USD xuất tôm vào năm 2025 Tuy nhiên, thời gian qua, nƣớc ta xảy số cố ảnh hƣởng đến môi trƣờng nƣớc nuôi thủy sản, gây nhiều thiệt hại Môi trƣờng nƣớc ô nhiễm tạo điều kiện thuận lợi cho dịch bệnh phát sinh Vào năm 2012, nƣớc có 100.000 nuôi tôm bị dịch bệnh (gần 15% diện tích ni tơm) Trong năm 2014, 2015, tổng diện tích ni tơm nƣớc lợ bị thiệt hại vào khoảng 50.000 Nguyên nhân thời tiết biến đổi, nắng nóng kéo dài dẫn đến thiếu nƣớc, nhiệt độ tăng độ mặn cao làm tôm bị suy yếu, tạo điều kiện cho mầm bệnh phát triển gây bệnh, mầm bệnh lƣu hành rộng rãi, yếu tố đầu vào nhƣ tơm giống, hóa chất dùng xử lý cải tạo môi trƣờng, chế phẩm sinh học chất lƣợng không đảm bảo Nuôi tôm nuôi nƣớc Để nuôi tôm thành công, cần đảm bảo hàng loạt tiêu chất lƣợng nƣớc nhƣ: nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, độ pH, TAN, NH3, Nitrit, H2S, độ kiềm, độ mặn, nồng độ khoáng chất, nồng độ nitrat, nồng độ phốt pho, mật độ vi khuẩn, mật độ tảo,…phải nằm ngƣỡng cho phép Chỉ cần số tiêu vƣợt q khỏi ngƣỡng tơm bị ảnh hƣởng, chậm lớn, giảm sức đề kháng, nhiễm bệnh chết Do vậy, việc kiểm soát tất tiêu chất lƣợng nƣớc để kịp thời xử lý nhằm đảm bảo chúng nằm ngƣỡng cho phép quan trọng Thế giới có xu hƣớng sử dụng nguồn lƣợng thiên nhiên thân thiện mơi trƣờng đƣợc khuyến khích từ phủ, dự án điện lƣợng mặt trời ngày phổ biến, phát triển đa đạng đặc biệt dự án kết hợp sản xuất nơng nghiệp Từ bắt đầu xuất mơ hình nhƣ điện áp mái trang trại gia súc, trang trại trồng xen kẽ pin mặt trời hay điện mặt trời với ni trồng thủy sản 10 Hình 1.1: Ao nuôi tôm sử dụng lượng mặt trời Mơ hình bật ni thủy sản điện mặt trời ni tơm cơng nghệ cao Mơ hình mang lại doanh thu cao lại tận dụng tối ƣu nguồn điện từ lƣợng mặt trời Do đó, mơ hình ni tơm cơng nghệ cao kết hợp với điện lƣợng mặt trời đƣợc ngƣời dân quan tâm hết Chính thế, có nhiều cơng trình nghiên cứu vấn đề hệ thống giám sát nuôi tôm Với thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát hoạt động ao nuôi tôm sử dụng lƣợng mặt trời” mang tính ứng dụng cao, nhằm mục đích phát kịp thời cảnh báo điều kiện ao tôm không đảm bảo giúp ngƣời nuôi đạt đƣợc suất cao hạn chế rủi ro 1.2 Các mô hình hệ thống giám sát 1.2.1 Các phƣơng pháp đo nồng độ pH - Khái niệm: pH thƣớc đo nồng độ ion hydronium (H3O +) dung dịch nƣớc Nó đƣợc đo thang logarit âm từ đến 14 Dung dịch axit dƣới pH 7, với axit có tính axit cao Dung dịch có độ pH đƣợc coi trung tính - Ảnh hƣởng pH đến ao nuôi tôm (hệ sinh thái ao sức khỏe tôm): 49 #define ph123 A3 #define doam A2 #define Offset 0.70 int doman; unsigned long int avgValue; float value; float phValue; int cout1, cout2, cout3, cout4, cout5; int mode = 2; #define samplingInterval 20 #define printInterval 800 #define ArrayLenth 40 //times of collection int pHArray[ArrayLenth]; //Store the average value of the sensor feedback int pHArrayIndex = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: Wire.begin(); /* cài đặt thời gian cho module */ //setTime(23, 40, 0, 4, 18, 5, 22); Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 1); 50 pinMode(maybom, pinMode(dongco2, OUTPUT); OUTPUT); pinMode(dongco1, pinMode(dongco3, OUTPUT); OUTPUT); pinMode(dongco4, OUTPUT); pinMode(congtac1, INPUT_PULLUP); pinMode(congtac2, INPUT_PULLUP); pinMode(congtac3, INPUT_PULLUP); pinMode(congtac4, INPUT_PULLUP); pinMode(congtac5, INPUT_PULLUP); digitalWrite(maybom, digitalWrite(dongco2, LOW); LOW); digitalWrite(dongco1, digitalWrite(dongco3, LOW); LOW); digitalWrite(dongco4, LOW); pinMode(led, INPUT_PULLUP); pinMode(led2, INPUT_PULLUP); digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(led2, LOW); cout1 = 1; cout2 = 1; cout3 = 1; cout4=1; cout5 = 1; } void doman123() { value = analogRead(doam); if (value > 270 && value < 600) doman = 0.0; else { doman = map(value, 0, 1023, 500, 0) * 0.01; } //Serial.println(doman); lcd.setCursor(0, 1); 51 lcd.print("S:"); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print(doman); if (doman >= 2) { digitalWrite(led, HIGH); } else { digitalWrite(led, LOW); } } void ph() { static unsigned long samplingTime = millis(); static unsigned long printTime = millis(); static float pHValue, voltage; if (millis() - samplingTime > samplingInterval) { pHArray[pHArrayIndex++] = analogRead(ph123); if (pHArrayIndex == ArrayLenth)pHArrayIndex = 0; voltage = avergearray(pHArray, ArrayLenth) * 5.0 / 1024; pHValue = 3.5 * voltage + Offset; for (int i = 2; i < 3; i++) { phValue += pHValue; delay(100); } 52 phValue = phValue / 2; samplingTime = millis(); } if (millis() - printTime > printInterval) //Every 800 milliseconds, print a numerical, convert the state of the LED indicator { Serial.print("Voltage:"); Serial.print(voltage, 2); Serial.print(" pH value: "); Serial.println(pHValue, 2); printTime = millis(); } lcd.setCursor(6, 1); lcd.print("PH:"); lcd.setCursor(10, 1); lcd.print(pHValue); delay(100); if (phValue > 8.5 || phValue < 6.5 ) { //digitalWrite(maybom,LOW); digitalWrite(led2, HIGH); } else { 53 //digitalWrite(maybom,HIGH); digitalWrite(led2, LOW); } } double avergearray(int* arr, int number) { int i; int max, min; double avg; long amount = 0; if (number max max = arr[i]; } else { amount += arr[i]; //min 30 && second < 60) { digitalWrite(dongco1, LOW); digitalWrite(dongco2, LOW); digitalWrite(dongco3, LOW); digitalWrite(dongco4, LOW); } } } } ... đề hệ thống giám sát nuôi tôm Với thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu nghiên cứu đề tài ? ?Thiết kế hệ thống giám sát hoạt động ao nuôi tôm sử dụng lƣợng mặt trời? ?? mang tính ứng dụng cao, nhằm mục... đề hệ thống giám sát ni tơm Với thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu nghiên cứu đề tài ? ?Thiết kế hệ thống giám sát hoạt động ao nuôi tôm sử dụng lƣợng mặt trời? ?? mang tính ứng dụng cao, nhằm mục... 60 28 2.2 Hệ thống chuyển đổi điện từ lƣợng mặt trời Hệ thống điện mặt trời hệ thống có tác dụng biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện thông qua pin mặt trời Năng lƣợng mặt trời cung