(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống nhà màng phục vụ canh tác aquaponics

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG NHÀ MÀNG PHỤC VỤ CANH TÁC AQUAPONICS GVHD: PGS TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: NGUYỄN QUỐC AN NGUYỄN VIỆT HÙNG SKL011017 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG NHÀ MÀNG PHỤC VỤ CANH TÁC AQUAPONICS” GVHD: PGS TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: NGUYỄN QUỐC AN MSSV: 19146074 SVTH: NGUYỄN VIỆT HÙNG MSSV: 19146059 Lớp: 191461 Khóa: 2019 - 2023 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ Độc lập - Tự – Hạnh phúc Điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II / năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Trường Thịnh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc An MSSV: 19146074 Điện thoại: 0329897252 Nguyễn Việt Hùng MSSV: 19146059 Điện thoại: 0326779417 Mã số đề tài: 22223DT151 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống nhà màng phục vụ canh tác Aquaponics” Các số liệu, tài liệu ban đầu: Số liệu ban đầu: Kích thước hồ cá: 4000 mm x 2000mm Kích thước luống trồng: 3500 mm x 1100 mm Kích thước hệ thống điều khiển hoạt động: 2000 mm x 350 mm Khối lượng hệ thống điều khiển hoạt động: tải trọng 35kg Tài liệu ban đầu: Sách tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tài liệu mơ hình Aquaponics Tài liệu sức bền vật liệu Tài liệu mạch điện, ngơn ngữ lập trình Nội dung đồ án: Yêu cầu, yếu tố quan trọng cần có mơ hình Aquaponics Tìm hiểu, nghiên cứu, xây dựng mơ hình điều khiển Thiết lập, lắp đặt hệ thống điện – điều khiển Điều khiển hệ thống hoạt động tự động theo nội dung đưa Xây dựng hệ thống giảm sát, điều khiển qua phần mềm trê điện thoại Các sản phẩm dự kiến Hệ thống phục vụ canh tác nhà màng với mơ hình Aquaponics Phần mềm giám sát, điều khiển hệ thống điện thoại, tập vẽ thiết kế khí – điều khiển Báo cáo, thuyết minh đề tài Ngày giao đồ án: 20/02/2023 Ngày nộp đồ án: 18/07/2023 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt  i TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  Được phép bảo vệ …………………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống nhà màng phục vụ canh tác Aquaponics - GVHD: Pgs Ts Nguyễn Trường Thịnh - Sinh viên 1:  Họ tên sinh viên:Nguyễn Quốc An -  MSSV: 19146074  Địa chỉ: Số 10 đường 10, phường Linh Trung, Tp Thủ Đức, Tp.HCM  Số điện thoại: 0329897252  Email: qquocan7@gmail.com Sinh viên 2:  Họ tên sinh viên: Nguyễn Việt Hùng  MSSV: 19146059  Địa chỉ: Số đường 22, phường Phước Long B, Tp Thủ Đức, Tp.HCM  Số điện thoại: 0326779417  Email: viethungg5201@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 18/07/2023 - Lời cam kết: “Chúng xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng toi nghiên cứu thực Tơi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 07 năm 2023 Ký tên iii LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian thực đồ án dài đầy khó khăn nhóm Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Trường Thịnh – thầy giảng viên hướng dẫn, người theo sát chúng em tháng qua hỗ trợ, hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm em học tập hồn thành đồ án Song song đó, chúng em biết ơn đến thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM nói chung Khoa Cơ khí Chế tạo máy nói riêng giảng dạy lòng tâm huyết giải đáp vấn đề thắc mắc khó khăn mà chúng em gặp phải khoảng thời gian học tập Chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến anh, chị học khóa trên, sẵn lòng hỗ trợ, giúp đỡ, đưa cho chúng em góp ý mà khơng ngần ngại dành khoảng thời gian q báu góp phần vào việc giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp lần Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô hội đồng bảo vệ lần dành thời gian để lắng nghe đưa lời nhận xét thiết thực, cụ thể bổ ích cho nhóm Trong q trình thực đồ án, nhóm chúng em cố gắng vận dụng kiến thức học, hướng dẫn để hồn thành, nhiên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý từ q thầy để sửa đổi hồn thiện đồ án nhóm Xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Nguyễn Quốc An Nguyễn Việt Hùng iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG NHÀ MÀNG PHỤC VỤ CANH TÁC AQUAPONICS Cùng với phát triển nhanh chóng ngày khoa học đại, có nhiều nghiên cứu, máy móc đại đời giúp nâng cao chất lượng đời sống người Góp phần thúc đẩy nhiều lĩnh vực công nghiệp, du lịch, y tế nông nghiệp, với lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao nhận quan tâm phát triển mạnh mẽ Con người quan tâm nhiều đến sức khỏe, từ nhu cầu sử dụng thực phẩm tăng lên, người ta quan tâm dần đến mơ hình trồng rau nhà, hay trí trang trại lớn, rau cũ không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, thịt, cá không sử dụng chất tăng trọng… Để đáp ứng nhu cầu cần thiết đó, nhóm bắt tay vào việc nghiên cứu, thiết kế phát triển, hệ thống Aquaponics giúp trồng rau với hệ thống tưới nước tự động, nuôi số loại cá cho ăn tự động, kiểm tra, đánh giá chất lượng nước Để thiết kế, chế tạo hệ thống Aquaponics đáp ứng nội dung đề ra, nhóm vận dụng kiến thức môn học trường Sức bền vật liệu, Cơ kỹ thuật, Điều khiển tự động nhiều môn học khác Chúng em bắt đầu với việc nghiên cứu điều kiện cần thiết trồng, loại cá sản phẩm đạt chất lượng cao, nguyên lý hoạt động, toán điều khiển chuyển động từ đưa phương pháp phù hợp với điều khiển Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển từ xa, thu thập liệu sử dụng điện thoại để theo dõi lúc cần thiết Sau cùng, nhóm thiết kế, chế tạo thành công “Hệ thống nhà màng phục vụ canh tác Aquaponics” thực tưới nước cho trồng tự động, đánh giá chất lượng nước bể nuôi cá, tự động cho ăn theo thời gian quy định, lọc chất thải xử lý nước bể Thiết kế giao diện điều khiển, cập nhật thông tin hệ thống thông qua điện thoại Bài báo cáo xây dựng với chương chính, cụ thể: Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương 2: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH AQUAPONICS Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 4: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Chương 5: PHƯƠNG ÁN VÀ GIẢI PHÁP Chương 6: TÍNH TỐN THIẾT KẾ Chương 7: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Chương 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN v ABSTRACT RESEARCHING, DESIGNING AND BUILDING AQUAPONIC MEMBRANE SYSTEMS With the rapid development of modern science, a great deal of research and technology is being done to improve the quality of life It has helped drive in many sectors, such as industry, tourism, health, and agriculture After the crisis due to COVID 19, people were more interested in health, and the need for fresh food was increased, and people were increasingly interested in growing clean vegetables at home, or even big farms, old vegetables not using any pesticides, meat, fish weren't using any heavy pesticides in order to meet these needs, the team went into a research, design and development, and the Aquaponics system that helped grow clean vegetables with these automatic irrigation systems Raise some fish and feed automatically, test and evaluate water quality In order to design, build the Aquaponics system to meet the content set out, the team utilizes knowledge within school subjects such as material strength, engineering engineering, automatic control, and many others We started by studying the conditions that we need for plants, each kind of fish, to be able to produce high quality products, principles of operation, problem of motion control, so we came up with a method that fits the controls In addition, the team designs remote control systems, which collect data that can be used instantly on a phone so that it can be tracked when needed After all, the team successfully designed, built the "Aquaponic membrane system" that irrigated the plants automatically, evaluated the water quality for the fish aquariums, dynamically fed the contents over a specified time, filtered the waste, and treated the water in the tank The design takes the interface to control and update system information via the phone The report is built with main chapters, specifically: Chapter 1: TOPIC OVERVIEW Chapter 2: OVERVIEW OF AQUAPONICS MODEL Chapter 3: THEORETICAL BASIS Chapter 4: INTRODUCTION OF RESEARCH TOPIC Chapter 5: OPTIONS AND SOLUTIONS Chapter 6: CALCULATION DESIGN Chapter 7: EXPERIENCE AND ASSESSMENT Chapter 8: CONCLUSIONS AND DEVELOPMENT ORIENTATIONS vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xv CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Ý nghĩa thực tiễn 1.5 Mục tiêu giới hạn đề tài 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.5.2 Giới hạn nội dung đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH AQUAPONICS 2.1 Tổng quan mô hình Aquaponics 2.1.1 Mơ hình Aquaponics gì? 2.1.2 Lịch sử hình thành phát triển 2.1.3 Một số loại hình trồng rau Aquaponics 2.2 Các nghiên cứu nước 2.2.1 Mơ hình nước 2.2.2 Mơ hình nước vii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Các điều kiện cần ảnh hưởng hệ thống Aquaponics 3.1.1 Chu kỳ cấp thoát nước 3.1.2 Nhiệt độ 3.1.3 Nồng độ pH 3.1.4 Chu trinh Ni-tơ Aquaponics 3.2 Firebase 10 3.2.1 Giới thiệu Firebase 10 3.2.2 Cách thức hoạt động Firebase 10 3.3 Chuẩn giao tiếp I2C 11 3.4 Thuật toán Fuzzy Logic (Logic mờ) 13 3.4.1 Khái niệm Logic mờ 13 3.4.2 Cấu trúc điều khiển mờ 13 3.4.3 Nguyên lý hoạt động điểu khiển logic mờ 14 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 15 4.1 Giới thiệu hệ thống Aquaponics 15 4.2 Robot phục vụ canh tác Aquaponic 16 4.3 Kết luận 18 CHƯƠNG PHƯƠNG ÁN VÀ GIẢI PHÁP 20 5.1 Cơ cấu di chuyển 20 5.2 Cơ cấu dẫn hướng 21 5.3 Các loại động 21 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ 23 6.1 Tính tốn thiết kế khí 23 6.1.1 Yêu cầu thiết kế 23 6.1.2 Tính tốn hệ thống truyền động 23 6.1.3 Phân tích động học Động học bánh xe 26 6.1.4 Phân tích động lực học 32 viii