hệ thống thủy canh điều khiển tự động sử dụng arduino

7123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy c

Trang 1

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG THỦY CANH

SINH VIÊN : LÊ HỒNG KHẢI

51Monday, June 10, 20242:35:07 PM2:35:07 PM51Monday, June 10, 20242:35:07 PM2:35:07 PM51Monday, June 10, 20242:35:07 PM2:35:07 PM

He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung Arduino

He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung Arduino

He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung Arduino51Monday, June 10, 20242:35:07 PM2:35:07 PM51Monday, June 10, 20242:35:07 PM2:35:07 PM51Monday, June 10, 20242:35:07 PM2:35:07 PM

51He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoMonday, June 10, 2024

Trang 2

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): Lê Hồng Khải, MSSV: 14049031 (2): Mai Xuân Nhã, MSSV: 14080981

2 Tên đề tài

HỆ THỐNG THỦY CANH 3 Nội dung

Tìm hiểu và thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống thủy canh Aquaponics

4 Kết quả

Biết cách hoạt động của hệ thống

Thiết kế bộ điều khiển và viết chương trình điều khiển cho hệ thống

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 5

-

MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii

3 Phương thức nghiên cứu 3

4 Đối tượng nghiên cứu 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Rau sạch (rau an toàn) 5

1.1.1 Khái niệm về rau sạch (rau an toàn) 5

1.1.2 Các nguyên nhân gây ô nhiễm trên rau 5

1.2 Trồng cây trong dung dịch nhằm sản xuất rau sạch 6

1.2.1 Khái niệm chung 6

1.2.2 Cơ sở khoa học của hệ thống thuỷ canh 7

1.3 Trồng cây trên giá thể nhân tạo nhằm sản xuất rau sạch 7

Định nghĩa 7123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung Arduino512410062:35:06 PM2:35:06 PM512410062:35:06 PM2:35:06 PM512410062:35:06 PM2:35:06 PM

He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung Arduino

Trang 6

1.3.3 Các loại giá thể để trồng cây 7

1.4 Triển khai kỹ thuật trồng cây trên giá thể nhân tạo 8

1.5 Hệ thống Aquaponics 8

1.5.1 Giới thiệu về hệ thống Aquaponics 8

1.5.2 Ứng dụng 9

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 11

2.1 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 11

2.1.1 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 11

2.1.2 Sơ đồ các chân của Arduino Mega 2560 13

2.2 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình cho Arduino 14

2.4.2 Giới thiệu về chuẩn giao tiếp I2C 19

2.5 Giới thiệu Board Real time DS1307 20

2.5.1 Giới thiệu 20

2.5.2 Sơ đồ chân: 20

2.5.3 Lấy thông tin về thời gian và lịch 21

2.5.4 Chi tiết các thanh ghi 22

2.6 Giới thiệu Board bluetooth HC-06 23

2.6.1 Giới thiệu 23123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

He thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung ArduinoHe thong thuy canh dieu khien tu dong su dung Arduino

Trang 7

3.1 Lưu đồ giải thuật 29

3.2 Chương trình điều khiển 30

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 40

Trang 8

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống Aquaponics 09

Hình 2.1 Arduino Mega 2560 11

Hình 2.2 Sơ đồ chân của Arduino Mega 2560 13

Hình 2.3 Giao diện phần mềm lập trình cho Arduino 14

Hình 2.4 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 15

Hình 2.5 Sơ đồ chân cảm biến DS18B20 16

Hình 2.6 LCD 16 cột 2 hàng 17

Hình 2.7 Sơ đồ các chân của LCD 16 dòng 2 cột 19

Hình 2.8 Chuẩn giao tiếp I2C 19

Hình 2.9 Sơ đồ chân của Real time DS1307 20

Hình 3.1 Lưu đồ giải thuật của hệ thống Aquaponics 29

Trang 9

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Chức năng từng chân của Real time DS1307 21 Bảng 2.2 Các thanh ghi lưu giữ thời gian 22 Bảng 2.3 Thanh ghi Control 22

Trang 10

MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề

Tốc độ đô thị hóa ở nước ta trong những năm gần đây tăng khá nhanh, và đặc biệt là sau khi Việt Nam gia nhập WTO Các nước đang phát triển như Việt Nam, Trung Quốc có khoảng hơn 30% tổng số dân cả nước sống ở khu vực đô thị Theo một quy hoạch: đến năm 2010, tỷ lệ dân số đô thị ở Việt Nam sẽ đạt 56-60%, và đến năm 2020 sẽ đạt khoảng 80%, bằng các nước công nghiệp phát triển hiện nay như ở châu Âu, Mỹ, Australia… Ðất nông nghiệp chỉ còn 20-30%, và tất nhiên đều là nông nghiệp đô thị Vì vậy chiến lược phát triển đô thị bền vững gắn liền với phát triển nông nghiệp đô thị là xu hướng tất yếu

Nông nghiệp đô thị (NNÐT) không chỉ có ý nghĩa to lớn về xã hội và nhân văn, mà lợi ích kinh tế cũng khá lớn Trên thế giới, gần một phần ba rau, quả, thịt, trứng cung ứng cho đô thị là từ NNÐT; có từ 25% đến 75% số gia đình ở thành phố tham gia NNÐT Ở Moscow (CHLB Nga) có 65% số gia đình tham gia NNÐT, ở Berlin (Ðức) có 80 nghìn mảnh vườn trồng rau ở đô thị; và hàng vạn cư dân ở New York (Mỹ) có vườn trồng rau trên sân thượng Nhiều thành phố lớn thuộc Trung Quốc như Bắc Kinh, Thượng Hải, Quảng Châu… NNÐT đã cung cấp đến 85% nhu cầu về rau xanh

Ở Việt Nam, NNĐT bước đầu đã được nhiều thành phố đưa vào mục tiêu phát triển như một yếu tố quan trọng trong hệ thống cung cấp thực phẩm cho các vùng đô thị để đáp ứng quy mô của các thành phố ngày một tăng nhanh Tuy nhiên, ở những thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và các khu đô thị lớn khác trên cả nước, hiện nay người tiêu dùng chủ yếu vẫn tiêu thụ rau không rõ nguồn gốc được vận chuyển vào từ các vùng sản xuất ngoài thành phố Và thực tế là khó có thể kiểm soát được người trồng rau thực hiện việc vệ sinh an toàn thực phẩm như thế nào Báo chí và các phương tiện thông tin liên tục phản ánh về những ca ngộ độc thực phẩm, về sự mất an toàn của các vùng sản xuất rau, về sự tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, nhiễm độc kim loại và nhiễm khuẩn…đặc biệt là các vùng sản xuất rau cung cấp cho đô thị Theo thống kê của Tổ chức Lao động Quốc tế (ILO), hằng năm trên thế giới có trên 40.000 người chết trong

Trang 11

tổng số 2 triệu người ngộ độc rau Tại Việt Nam, thống kê mới nhất của ngành y tế cho biết, trong vài năm gần đây, tính riêng số người ngộ độc thực phẩm phải nhập viện cấp cứu do nguồn rau, củ thiếu an toàn đã lên đến con số hơn 700 người

Trong khi đó, người tiêu dùng ngày càng nhận thức rõ được tầm quan trọng của rau xanh trong bữa ăn hàng ngày, họ ăn nhiều rau hơn, và nhu cầu về rau an toàn cũng lớn hơn Nhưng các vùng sản xuất rau lại chưa xây dựng được lòng tin cho người tiêu dùng, mặc dù họ sẵn sàng trả giá cao gấp nhiều lần cho một sản phẩm rau an toàn

Theo số liệu của Chi cục Bảo vệ thực vật TPHCM, vào cuối năm 2007, tỉ lệ sản xuất rau an toàn (RAT) không thật sự an toàn là một con số gây “sốc” cho không ít người tiêu dùng: 34/37 mẫu là rau được cho là rau sạch lại có chứa dư lượng thuốc trừ sâu vượt quy định Còn theo nhận định của ngành y tế, dù tình hình giờ đây đã được cải thiện song RAT đến tay người tiêu dùng vẫn chưa thật an toàn

Vậy tại sao không gây dựng lòng tin cho người tiêu dùng bằng cách cho họ dùng chính sản phẩm mà họ tự tay làm ra

Vậy còn với những người sống ở thành phố? Với diện tích chật hẹp của căn nhà nội thành, họ có thể tự sản xuất được rau xanh cho bữa ăn của gia đình mình không? Điều đó là hoàn toàn có thể thực hiện được, nếu như sân nhà, ban công hay sân thượng của họ có một chút ánh sáng tự nhiên và bỏ ra một ít chi phí cho hệ thống cộng với một chút công chăm sóc

Để góp phần thực hiện được điều đó, đã có nhiều đề án được nghiên cứu để trồng rau trong nhà, trên ban công, sân thượng … như : ứng dụng kỹ thuật thủy canh bằng hộp xốp, kỹ thuật khí canh, kỹ thuật màng dinh dưỡng NFT và kỹ thuật dòng chảy sâu DFT vào trồng rau an toàn tại nhà trong đô thị Tuy nhiên những phương pháp nói trên yêu cầu kỹ thuật tương đối phức tạp, tỷ mỷ, và chăm sóc khó nên chưa được phổ biến

Đứng trước thực trạng này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Hệ thống thủy

canh” với mục đích của đề tài là: Góp phần cải tiến và phổ biến các mô hình trồng rau

thủy canh tại nhà trong đô thị Đây sẽ là một kỹ thuật sản xuất rau an toàn theo phương

Trang 12

trường đô thị Theo tính toán của các nhà khoa học nếu mỗi hộ chỉ “trồng” 3 đến 4 m2, chúng ta sẽ có thêm khoảng 1 triệu m2 thảm xanh luân chuyển nằm tại các ban công, sân thượng, sân nhà Phương pháp này còn tận dụng được không gian, diện tích dư thừa nơi ban công, sân thượng, sân nhà

Mặt khác nếu ở nông thôn nếu áp dụng phương pháp này ta sẽ tận dụng được các phế phẩm nông nghiệp (trấu, vỏ cà phê, mùn cưa …) để làm giá thể trồng theo phương pháp thủy canh và sau khi sử dụng thì giá thể lại được ủ làm phân bón cho cây trồng khác rất tốt

Hơn nữa, trồng rau theo phương pháp này còn là một thú tiêu khiển cũng như chăm sóc cây hoa cảnh và là cách thư giãn của người dân đô thị có tốc độ làm việc và nhịp sống khẩn trương, căng thẳng như hiện nay

Giới hạn của đề tài:

Chúng em ý thức rằng áp dụng phương pháp thủy canh để trồng rau trên giá thể là một phương pháp mới Với khả năng và giới hạn thời gian của đề tài chúng em chỉ tiến hành trồng thí nghiệm ít đối tượng với các điều kiện tự nhiên với diện tích nhỏ qui mô gia đình và mới thử nghiệm một loại môi trường dinh dưỡng tự pha, và chỉ tiến hành trồng trên một loại giá thể

3 Phương thức nghiên cứu

Để thực hiện đề tài này, chúng em đã tiến hành các phương pháp nghiên cứu sau: Kết quả kế thừa

Kế thừa các công trình nghiên cứu của các thế hệ đi trước về cơ sở lý thuyết phần mềm lập trình Arduino

Kế thừa các mô hình thủy canh đã có trong thực tiễn Định hướng nghiên cứu

Trang 13

Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính

Thay đổi phương pháp lập trình để để tìm ra phương pháp đơn giản và dễ sử dụng nhất

Xây dựng chương trình điều khiển Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng

Chạy thử phần cứng nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi, từ đó hoàn thiện hệ thống Thiết bị thí nghiệm

Máy tính PC

Bộ điều khiển Arduino và các loại cảm biến và các thiết bị tương thích

4 Đối tượng nghiên cứu

Các mô hình thủy canh trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng

Trang 14

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Rau sạch (rau an toàn)

1.1.1 Khái niệm về rau sạch (rau an toàn)

Những sản phẩm rau tươi bao gồm tất cả các loại rau ăn củ, thân, lá, hoa, quả có chất lượng đúng với đặc tính giống của chúng, hàm lượng các hoá chất độc và mức độ nhiễm các vi sinh vật gây hại ở dưới mức tiêu chuẩn cho phép, an toàn cho người tiêu dùng và môi trường thì được coi là rau đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm

1.1.2 Các nguyên nhân gây ô nhiễm trên rau

Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong các sản phẩm rau Do các loại thuốc trên giá rẻ, có phổ diệt sâu rộng và hiệu quả diệt sâu tương đối cao nên người trồng sử dụng để rau không bị hỏng và đạt năng suất cao

Mặt khác, do việc thực hiện thời gian cách ly thuốc bảo vệ thực vật không tuân thủ theo quy định sau khi sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Hầu hết các hộ nông dân đều vi phạm thời gian cách ly sau phun thuốc Sự vi phạm xảy ra nhiều nhất trên nhóm rau ăn quả như cà chua, đậu đỗ, tiếp theo là các nhóm rau ăn lá

Đây là nguyên nhân chính cũng là nguyên nhân cơ bản để giải thích vì sao thuốc bảo vệ thực vật còn tồn tại, chúng đã để lại dư lượng hoá chất trong thực phẩm trước khi chế biến là tương đối phổ biến và hầu hết đều vượt quá mức cho phép

Trang 15

Việc lạm dụng hoá chất bảo vệ thực vật cùng với các loại phân bón hoá học đã làm cho một lượng N, P, K và các hoá chất bảo vệ thực vật bị rửa trôi xuống các con mương vào ao, hồ, sông, chúng xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ra ô nhiễm Các kim loại nặng tiềm ẩn trong đất trồng còn thẩm thấu, hoặc từ nguồn nước thải thành phố và khu công nghiệp chuyển trực tiếp qua nước tưới được rau xanh hấp thụ

Hàm lượng N, P, K do phân hoá học khi được sử dụng quá mức thường cho phép các kim loại nặng như chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), Asen (As), Mangan (Mn), Đồng (Cu), Co ban (Co), kẽm (Zn) ở trong nước thải và có sẵn trong đất được rau hấp thụ qua thức ăn và nước, việc bón lân cũng làm tăng hàm lượng Cadimi (Cd) trong đất và trong các sản phẩm rau có hàm lượng kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép

Việc sử dụng nước không sạch để tưới cho rau là nguyên nhân gây ô nhiễm trên rau, bên cạnh đó do sử dụng phân tươi để tưới rau là một tập quán canh tác ở một số vùng nhất là các vùng chuyên canh Khi sử dụng rau gia vị nhất là rau thơm và rau sống chính

là hình thức chuyển tải trứng giun, sán, vi sinh vật gây bệnh như: E coli, Salmonella sp, nấm gây bệnh… Đây là yếu tố gây bệnh như: thương hàn, kiết lỵ, tiêu chảy

Những yếu tố trên là nguyên nhân chủ yếu làm cho rau bị ô nhiễm, ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người Trong đó phổ biến nhất là do thuốc bảo vệ thực vật và sinh vật gây bệnh Vì vậy, yêu cầu cần thiết là phải gieo trồng như thế nào để có được những sản phẩm rau không bị ô nhiễm, tức là rau đảm bảo an toàn đối với người (hay còn gọi là rau sạch)

1.2 Trồng cây trong dung dịch nhằm sản xuất rau sạch 1.2.1 Khái niệm chung

Trồng cây trong dung dịch có tên khoa học là Hydroponics, từ hydroponics bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp với gốc Hydro là nước và ponic là công việc Ở Việt Nam còn gọi

là kỹ thuật trồng cây trong dung dịch, là "thuỷ canh" hay trồng cây không cần đất

Trồng cây trong dung dịch hay phương pháp thuỷ canh là kỹ thuật trồng cây không cần đất mà cây được trồng trực tiếp vào dung dịch dinh dưỡng

Trang 16

1.2.2 Cơ sở khoa học của hệ thống thuỷ canh

Qua nghiên cứu các nhà khoa học đã phát hiện được, để cây trồng có thể sinh trưởng và phát triển thì chúng cần phải được cung cấp 16 nguyên tố cơ bản sau: C,H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Bo, Cl

Trong 16 nguyên tố cơ bản kể trên nếu thiếu 1 nguyên tố, cây cũng không thể hoàn tất được chu trình sinh trưởng và phát triển Bảy nguyên tố sau cây cần một lượng rất ít gọi là nguyên tố vi lượng: Cu, Zn, Mn, Mo, Bo, Cl, Fe Các nguyên tố còn lại cần với lượng cao hơn gọi là nguyên tố đa lượng: C, H , O, N, P, K, Ca, Mg, S Các nguyên tố C, H , O cây lấy chủ yếu ở không khí (CO2) và nước, còn lại các nguyên tố khác cây trồng phải lấy từ đất Như vậy, con người hoàn toàn có thể trồng cây chỉ cần đầy đủ dinh dưỡng mà không cần đất

1.3 Trồng cây trên giá thể nhân tạo nhằm sản xuất rau sạch 1.3.1 Định nghĩa

Trồng cây trên giá thể nhân tạo là kĩ thuật trồng cây không dùng đất, cây được trồng trực tiếp vào giá thể (trấu hun, cát, bọt núi lửa, xơ dừa…) và dinh dưỡng cung cấp cho cây là dung dịch dinh dưỡng thuỷ canh

1.3.2 Những ưu điểm của trồng cây trên giá thể nhân tạo

Việc sử dụng các loại giá thể để trồng cây thay cho đất như: trấu, cát, bọt núi lửa,

xơ dừa sẽ đem lại nhiều lợi ích hơn so với phương pháp trồng cây bằng dung dịch như:

rẻ tiền, có thể tận dụng do sẵn có ở địa phương, phương tiện trồng cây đơn giản và ít tốn kém, chủ động khử được các loại vi sinh vật gây hại trong giá thể, không đòi hỏi thao tác kỹ thuật phức tạp Đặc biệt, việc dùng giá thể là trấu hun người dân có thể tận dụng nguồn trấu sẵn có, mặt khác khi hun chín trấu sẽ được khử trùng, có độ xốp cao nên giữ được các ion khoáng rất tốt để trao đổi chất với hệ rễ của cây

1.3.3 Các loại giá thể để trồng cây

Giá thể khoáng nguyên thể

Đây là các loại giá thể có tính trơ về mặt hoá học, rất bền vững, ít bị các loài nấm, vi khuẩn xâm nhập, có khả năng tạo ra các khe hở thoáng khí tạo độ xốp cao Một số loại khoáng thể có khả năng giữ nước và phân bón rất cao đồng thời thoáng khí cho hô hấp

Trang 17

của bộ rễ Giá thể khoáng hay được sử dụng là cát (thường là cát vàng, hạt to) (Johsen, 1984)

Các giá thể polymer hữu cơ nhân tạo gồm các hạt, bọt xốp

Một vài chất hữu cơ tổng hợp đã được chế tạo để làm chất trồng rau - hoa -quả như các hạt bọt hữu cơ, polysterene, urea-formaldehyde và polyurethane Đặc trưng của các chất này là nhẹ, bền vững, nhiều khe thoáng khí (Sonneveld, và Welles, 1984)

1.4 Triển khai kỹ thuật trồng cây trên giá thể nhân tạo

Ở nước ta gần đây vấn đề trồng cây trên giá thể đã được quan tâm Một số loại giá thể sẵn có trong nước đã được sử dụng rộng rãi như trấu hun, mùn cưa, bã mía, xơ dừa Hai nguồn giá thể triển vọng nhất có thể sản xuất trên qui mô lớn ở nước ta là xơ dừa và bọt núi lửa Tỉnh Bến Tre đã thành lập các công ty chế biến xơ dừa làm giá thể trồng cây và bước đầu xuất khẩu

1.5 Hệ thống Aquaponics

1.5.1 Giới thiệu về hệ thống Aquaponics

Aquaponics - một hệ thống canh tác mới và đầy tiềm năng trong tương lai ở Việt Nam và trên thế giới Aquaponics dựa trên các hệ thống sản xuất như chúng ta đã biết trong tự nhiên Thuật ngữ Aquaponics là sự kết hợp từ Aquaculture (nuôi trồng thủy sản) và Hydroponics (thủy canh)

Aquaponics là sự kết hợp của cả hai hệ thống: nuôi trồng thủy sản và thủy canh Sự kết hợp này mang lại lợi ích thiết thực và tính độc đáo của Aquaponics Thay vì bổ sung phân bón và các hóa chất để trồng cây, Aquaponics sử dụng chất thải từ cá nhờ sự chuyển hóa từ các loài vi sinh vật thành chất dinh dưỡng cần thiết và đầy đủ cho sự phát triển của cây Ngược lại, thay vì xả nước ra môi trường, Aquaponics sử dụng cây trồng để làm sạch nước và trả lại cho bể cá Nước này có thể được tái sử dụng vô thời hạn và chỉ cần thay thế khi nó bị mất do bay hơi Đây là một hệ thống tuần hoàn khép kín hoàn hảo

Trang 18

Hình 1.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống Aquaponics

1.5.2 Ứng dụng

Aquaponics là công nghệ này là phù hợp với các nơi có đất trồng khan hiếm và thiếu các nguồn nước Đây chính là trường hợp của Việt Nam, nơi mà nguồn nước đang dần trở nên khan hiếm, bị tích trữ ở các hồ với mục tiêu làm thủy điện là chính Sử dụng hệ thống aquaponics có thể khắc phục được những khó khăn về nguồn nước đang diễn ra tại rất nhiều địa phương, nhất là tại vùng trung du và miền núi Có thể thấy ở vùng cao, vận hành các hệ thống aquaponics rất tiết kiệm (không sử dụng phân bón), thuận lợi nhờ dòng chảy từ nguồn nước mưa, nước suối, từ nguồn sỏi đá có sẵn và sử dụng năng lượng điện hoặc năng lượng thiên nhiên (gió, mặt trời ) sẽ mở ra một cơ hội mới cho không những cho sản xuất rau quả mà còn cho cả nghề cá của các địa phương nghèo nơi đây

Mặt khác, nước ta là một nước có dân số đông, mật độ nhân khẩu cao hàng đầu thế giới Tình trạng thiếu đất cho sản xuất nông nghiệp đã ở mức báo động đỏ từ hàng chục năm nay Công nghệ Aquaponics sẽ là hứa hẹn cho tất cả bà con nông dân, để trước mắt cung cấp thực phẩm sạch, an toàn cho gia đình, tiến tới phục vụ xã hội Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư cao, lệ thuộc vào nguồn điện và khó cân bằng và kiểm

Trang 19

soát môi trường nuôi trồng Tuy nhiên, Aquaponics được đánh giá là một hệ thống canh tác mới, đầy tiềm năng trên thế giới và nhất là ở những nước như Việt Nam Nghiên cứu và phát triển Aquaponics đã tiến bộ hơn trong ba thập kỷ qua, với hàng chục ngàn hệ thống được lắp đặt ở quy mô hộ gia đình tại Mỹ, Úc và hàng chục nước khác

Ứng dụng công nghệ này mở ra tiềm năng mới trong sản xuất nông nghiệp (nuôi trồng thủy sản và trồng trọt), có ý nghĩa rất lớn trong phát triển nông nghiệp theo hướng công nghệ cao theo chủ trương phát triển nền nông nghiệp nước ta, có ý nghĩa về mặt kinh tế và môi trường.

Trang 20

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

2.1 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 2.1.1 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560

Jack nguồn: để chạy Ardunio thì chỉ có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được Lúc đó, ta cần một nguồn từ 9V đến 12V

Trang 21

Có 54 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF)

Các thông số chi tiết của Ardunio Mega 2560:

Điện áp hoạt động: 7-12V

Chân vào/ra (I/O) số: 54 (15 chân là đầu ra PWM) Chân vào tương tự: 16

Dòng điện trong mỗi chân I/O: 40mA Dòng điện chân nguồn 3.3V: 50mA

Trang 22

2.1.2 Sơ đồ các chân của Arduino Mega 2560

Arduino Mega có sơ đồ linh kiện nhƣ các hình sau đây

Hình 2.2 Sơ đồ chân của Arduino Mega 2560

Chú thích:

5 Chân GND 3 chân 5V 1 chân 3.3v 1 nút reset 16 chân analog 4 chân UART

54 Chân digital trong đó có 15 chân chúng ta có thể sử dụng nhƣ PWM 6 Chân lập trình ISP

Trang 23

2.2 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình cho Arduino

Hình 2.3 Giao diện phần mềm lập trình cho Arduino

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm Môi trường lập trình đơn giản để sử dụng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dựa trên ngôn ngữ C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật Và quan trọng là số lượng thư viện được viết sẵn và chia sẽ bởi cộng đồng mở là vô cùng lớn

Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Môi trường lập trình Arduino có thể chạy trên 2 nền tảng hệ điều hành phổ biến nhất hiện nay là Windows và Linux Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình là hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng hơn bởi người dùng có kinh nghiệm

Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++ Và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên ngôn ngữ C va AVR nên người dùng có thể hoàn toàn nhúng thêm code AVR vào chương trình nếu muốn Hiện nay Arduino IDE có thể được tải từ trang chủ http://arduino.cc/, phần mềm này sử dụng hoàn toàn miễn phí

Trang 24

2.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 2.3.1 Giới thiệu

Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất hiểu nôm na là thang đo độ "nóng" và "lạnh" Vật chất có nhiệt độ cao hơn thì nóng hơn

Cảm biến nhiệt độ bán dẫn

Cảm biến nhiệt bán dẫn là là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn Có các loại như diode, transistor, vi mạch tích hợp (IC) Nguyên lý của chúng dựa trên mức độ phân cực của lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường Ngày nay với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định , mạch điện xử lý đơn giản , rẻ tiền,…

Một số cảm biến nhiệt độ được dùng phổ biến có thể kể đến như IC sau: LM35, LM335, LM45 Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ làm điện áp thay đổi Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn trong mạch IC18B20 là loại IC cảm biến nhiệt cao cấp , chúng hỗ trợ luôn cả truyền thông I2C mở ra một xu hướng trong thế giới cảm biến

Trang 25

DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ, chỉ gồm 3 chân hình ảnh thực tế như hình dưới đây

Hình 2.5 Sơ đồ chân cảm biến DS18B20

2.3.2 Đặc điểm

Lấy nhiệt độ theo giao thức 1 dây (1wire)

Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải cài đặt trước 9,10,11,12 bit, tùy theo nhu cầu sử dụng Trong trường hợp không cài đặt thì nó tự động ở chế độ 12 bit.

Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa là 750ms cho mã hóa 12 bit,

Có thể đo nhiệt độ trong khoảng -55 -> +125°C Với khoảng nhiệt độ là -10°C to

+85°C thì độ chính xác ±0.5°C,±0.25°C ,±0.125°C,±0.0625°C theo số bit cài đặt.

Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, vì vậy bạn có thể kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà chỉ dùng 1 dây dẫn duy nhất để giao tiếp với IC này.

Với DS18B20 bạn hoàn toàn có thể tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ theo ý muốn.