Quá trình tưới phun part1 ppsx

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 1 - Mở đầu 1. Đặt vấn đề Lịch sử tiến hoá của loài ngời đã phát triển qua nhiều thời kỳ, mà mỗi thời kỳ đợc đánh dấu bởi một phơng thức sản xuất nhất định. Từ xa xa con ngời với những công cụ hết sức thô sơ nh rìu, búa, lao bằng đá dùng để săn bắn phục vụ ngay cuộc sống hiện tại của một số rất ít ngời mà không có dự trữ. Nhng khi xã hội phát triển thì nhu cầu sống của con ngời ngày càng tăng mà tài nguyên thiên nhiên thì ngày càng cạn kiệt, chính điều đó thúc đẩy con ngời ngày càng phải tìm tòi cải tiến công cụ, phơng thức lao động để tạo ra ngày càng nhiều của cải vật chất phục vụ đời sống. Điều đó càng tỏ ra cấp thiết khi loài ngời bớc sang thế kỷ XXI khi mà tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt, môi trờng ngày càng ô nhiễm trầm trọng thế nhng nhu cầu sống và hởng thụ của con ngời ngày càng cao, dân số ngày càng đông. Nguy cơ thiếu lơng thực ngày càng tăng khó có thể đảm bảo mọi nhu cầu của con ngời. Để giải quyết vấn đề đó thì có một trong số những cách hữu hiệu nhất đó là ứng dụng tự động hoá vào sản xuất. Các nớc trên thế giới đã sớm nhận thấy điều này và đã ứng dụng tự động hoá vào sản xuất từ rất sớm, kết quả là họ sớm có một nền sản suất đại công nghiệp đa ra thị trờng hàng loạt sản phẩm số lợng lớn, chất lợng cao tăng thu nhập cho quốc gia, nh Nhật, Anh, Pháp, Mỹ, Đức Chính công nghệ tự động hoá cao ứng dụng vào sản xuất đã đa các quốc gia này trở thành các cờng quốc giàu mạnh có vị thế cao trên trờng quốc tế. Nớc ta thuộc nhóm các nớc đang phát triển với một nền kinh tế nông nghiệp truyền thống, qua nhiều thập niên trở lại đây nền nông nghiệp của Việt Nam ngày càng phát triển vững mạnh, và đến nay nền kinh tế thế giới đang chuyển mạnh sang các ngành công nghiệp và dịch vụ đặc biệt là công nghệ thông tin, với việt Nam Nông nghiệp vẫn là một ngành có đóng góp đáng kể Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 2 - vào tổng thu nhập quốc dân. Chính vì vậy mà nền nông nghiệp nớc ta luôn đợc sự quan tâm của Đảng và của nhà nớc, nhờ đó mà ngành nông nghiệp đã có nhiều bớc phát triển vợt bậc, sản lợng thu hoạch đợc từ các loại nông sản qua các mùa vụ ngày càng đợc nâng cao. Tuy nhiên ngày nay nhu cầu về sản phẩm nông nghiệp không chỉ đơn thuần là số lợng mà phải đảm bảo cả về số lợng và chất lợng, nhất là khi môi trờng ô nhiễm trầm trọng, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bừa bãi làm ô nhiễm vào các loại sản phẩm nông nghiệp, đây là vấn đề bức xúc của toàn thể xã hội. Để giải quyết vấn đề trên con đờng lựa chọn tối u là ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong đó tự động hoá đóng vai trò vô cùng quan trọng về mặt kỹ thuật, phục vụ sản xuất nông nghiệp có chất lợng cao và đảm bảo an toàn cho ngời sử dụng. Trong bữa ăn của ngời Việt Nam từ sa đến nay thì rau là một trong những món không thể thiếu bởi rau là loại thực phẩm rất cần thiết trong đời sống hàng ngày và không thể thay thế, vì rau có vị trí quan trọng trong đời sống đối với sức khoẻ của con ngời. Rau cung cấp cho cơ thể những chất quan trọng nh: Protein, lipit, vitamin, muối khoáng, axit hữu cơ và chất thơm vv Nhng trong thực tế sản xuất rau hiện tại do lạm dụng mà dùng quá nhiều hoá chất nh thuốc trừ sâu, phân đạm Làm cho số lợng có thể tăng nhng chất lợng không đảm bảo gây ra rất nhiều vụ ngộ độc thực phẩm. Trớc yêu cầu cấp bách đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tới phun ma phục vụ sản xuất rau an toàn". Nhằm tạo ra hệ thống tới tiêu phục vụ sản xuất rau an toàn. Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã tiến hành khảo sát mô hình thực tế, nghiên cứu một số phần mềm trên cơ sở lý thuyết rồi từ đó xây dựng mô hình thực nghiệm dùng chip vi xử lý trên công nghệ PSoC và các phần mềm mô phỏng Visual basic 6.0, LabView, Orcad, Multisim. Qua nhiều lần thí nghiệm và trên cơ sở tính toán lý thuyết chúng tôi khẳng định mô hình chúng tôi xây dựng Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 3 - đảm bảo tính thực tế và có thể ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao ngày nay. 2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu mô hình tự động tới nớc sản xuất rau an toàn trong thực tiễn từ đó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị có sẵn ở trong nớc. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng giao diện và mạch điều khiển dựa trên phần mềm lập trình cho chip vi xử lý trên công nghệ PSoC. - ứng dụng phần mềm PSoC Design 4.2 để xây dựng chơng trình điều khiển hệ thống. 3. Nội dung đề tài - Tổng quan đề tài. - Xây dựng thuật toán điều khiển mô hình. - Chọn thiết bị điều khiển, thiết bị nhập xuất. Xây dựng mô hình thực nghiệm và lập trình điều khiển hệ thống tới tự động phục vụ sản xuất rau an toàn. 4. Ph-ơng pháp nghiên cứu Để thực hiện đợc nội dung đề tài nghiên cứu, chúng tôi tiến hành phơng pháp nghiên cứu sau: * Các kết quả nghiên cứu kế thừa: - Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trớc về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình. Nh Assembly, Orcad, Multisim, phần mềm mô phỏng Matlab 7.0. - Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn. * Định hớng nghiên cứu. - Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 4 - - Thay đổi phơng pháp lập trình để tìm ra phơng pháp đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả kinh tế nhất. - Xây dựng chơng trình điều khiển. * Phơng pháp thực nghiệp kiểm chứng: - Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi của mô hình và lỗi của chơng trình điều khiển, rồi từ đó hoàn thiện hệ thống. * Thiết bị thí nghiệm: - Máy tính PC. - Bộ nạp chip và chip vi xử lý PSoC. - Bộ mô phỏng, hệ thống cáp, dây nối. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 5 - Chơng 1 Tổng quan 1.1. Tình hình sản xuất rau sạch trong nớc và trên thế giới 1.1.1. Khái niệm rau sạch Rau sạch là một khái niệm tổng quát để chỉ những loại cây rau đợc trồng trong môi trờng sạch nh đất trồng, nớc tới, không khí Đảm bảo hàm lợng độc tố trong rau khi thu hoạch nhỏ hơn một mức quy định theo tiêu chuẩn. - Đất trồng rau sạch là những loại đất thịt nhẹ, đất pha cát, đất thịt trung bình, đất phù sa ven sông, đất không có cỏ dại, mầm mống sâu bệnh hại, độ pH trung tính, hạn chế tối đa sinh vật và vi sinh vật gây bệnh. - Phải dùng nớc sạch tới cho rau, tốt nhất dùng nớc giếng khoan, không đợc dùng nớc thải công nghiệp, nớc rửa chuồng trại mà cha đợc xử lý. Hàm lợng tối đa của một số nguyên tố hoá học ở trong nớc đợc trình bày trong bảng sau: Nguyên tố Nớc dùng cho tất cả các loại đất (mg/lít) Nguyên tố Nớc dùng cho tất cả các loại đất (mg/lít) Nguyên tố Nớc dùng cho tất cả các loại đất (mg/lít) Al 5,00 Beryllum 0,01 Mo 0,01 Asen 0,01 Cadimium 0,01 Zn 2,00 B 0,75 Lithium 2,50 Cu 0,20 Cl 0,10 Selenium 0,20 Co 0,05 F 1,00 Mn 0,20 Cl 0,10 Pb 5,00 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 6 - 1.1.2. Tình hình sản xuất rau sạch trong nớc Nớc ta là một nớc nông nghiệp lạc hậu xuất phát từ nền văn minh lúa nớc, phát triển chậm chạp và tụt hậu so với nền nông nghiệp ở các nớc trong khu vực và trên thế giới. Tuy nhiên trong những năm gần đây do có sự quan tâm sâu sắc của Đảng, Nhà nớc đã ban hành nhiều chủ trơng chính sách phù hợp đa nền nông nghiệp nớc nhà ngày càng lớn mạnh chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế Quốc dân và đã đạt đợc những thành tựu bớc đầu vô cùng to lớn. Từ chỗ là một nớc thiếu đói liên miên, hàng năm phải nhập hàng triệu tấn lơng thực cho đến nay Việt Nam đã chở thành một trong những nớc xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới, hàng năm xuất khẩu hàng triệu tấn lơng thực khác nh rau, quả, các chế phẩm từ chúng sang thị trờng thế giới và đợc các bạn hàng a chuộng. Có đợc những thành quả ban đầu đó là nhờ chúng ta đã áp dụng nhiều tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp, xây dựng các vùng chuyên canh, xen canh phù hợp, kịp thời ngăn chặn dịch bệnh sâu hại, khuyến khích nông dân phát triển nông nghiệp, xây dựng mô hình kinh tế trang trại, nuôi trồng các cây giống con vật nuôi cho năng suất cao có hiệu quả kinh tế lớn, xây dựng những cánh đồng 50 triệu/ha. Trong đề án phát triển rau quả và hoa cây cảnh thời kỳ 1999 - 2010 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã đợc Thủ Tớng Chính phủ phê duyệt ngày 03/09/1999 đã xác định mục tiêu cho ngành sản xuất rau, hoa quả là: Đáp ứng nhu cầu rau có chất lợng cao cho nhu cầu tiêu dùng trong nớc nhất là các khu tập trung (Đô thị, khu công nghiệp) và xuất khẩu. Phấn đấu đến năm 2010 đạt mức tiêu thụ bình quân đầu ngời 85 kg rau/năm, giá trị kim ngạch xuất khẩu đạt 690 triệu USD. Trong sự phát triển chung của toàn ngành Nông nghiêp thì ngành sản xuất rau cũng đợc quan tâm và phát triển mạnh. Theo thống kê diện tích trồng rau năm 2000 là 450.000 ha tăng 70% so với năm 1990 và diện tích trồng rau năm 2004 là 650.000 ha trong đó diện tích đợc trồng trên các tỉnh Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 7 - phía Bắc là 300.000 ha chiếm 46% tổng diện tích trồng rau trên cả nớc, diện tích trồng rau ở các tỉnh phía Nam là 250.000 ha chiếm 38% tổng diện tích. Sản lợng rau trên đất nông nghiệp đợc cung cấp từ hai vùng sản xuất chính: + Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố và khu công nghiệp chiếm 40 ữ 45% diện tích và đạt 50 ữ 55% tổng sản lợng. Rau tại đây đợc phục vụ tiêu dùng của dân c tập trung trong đô thị và khu công nghiệp với chủng loại rau phong phú và năng suất cao. + Vùng sản xuất rau luân canh với cây trồng khác chủ yếu trong vụ đông xuân tại các tỉnh phía Bắc và miền Tây nam bộ. Đây là vùng sản xuất rau lớn cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu. Tuy nhiên trong thực tại sản xuất rau nói riêng và sản xuất nông nghiệp ở nớc ta nói chung: Tuy sản lợng lợng lơng thực xuất khẩu lớn có thể đứng đầu thế giới nhng giá thành của chúng ta quá thấp bởi do chất lợng và độ an toàn nông sản của ta không đảm bảo. Hiện nay hàm lợng độc tố trong rau của nớc ta tơng đối cao do chúng đợc trồng trong những môi trờng ô nhiễm và việc lạm dụng hoá chất trong phòng trừ sâu bệnh. Theo Viện bảo vệ thực vật thì hiện nay ở Việt Nam đã và đang sử dụng tới 270 loại thuốc trừ bệnh, 160 loại thuốc trừ cỏ, 12 loại thuốc diệt chuột, 30 loại thuốc kích thích sinh trởng. Do chủng loại nhiều và đã đợc các nhà khoa học khuyến cáo nên sử dụng một số loại hoá chất đảm bảo an toàn cho ngời tiêu dùng. Tuy nhiên đa số nông dân có thói quen sử dụng và do sợ bị rủi ro trong sản xuất cho nên họ vẫn dùng một số loại hoá chất có độc tố cao thậm chí đã bị cấm sử dụng nh Monitor, Wofatox, DDT Do đó hàm lợng độc tố trong rau ngày càng tăng, đây là nguyên nhân cơ bản gây ra hàng loạt các vụ ngộ độc thực phẩm gây tử vong và thiệt hại của nhà nớc hàng tỷ đồng. - Hàm lợng (NO 3 - ) trong rau quá cao. Theo quỹ lơng thực thế giới FAO thì nếu hàm lợng (NO 3 - ) có liều lợng 4g/ngày sẽ gây ngộ độc còn 8g/ngày Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 8 - thì có thể gây tử vong. ở nớc ta do hàm lợng tích luỹ (NO 3 - ) trong rau quá cao là nguyên nhân làm rau không đảm bảo an toàn. Theo tiêu chuẩn Việt Nam thì hàm lợng (NO 3 - ) trong rau nh sau: Cải bắp 500mg/kg, cà chua 150mg/kg, da chuột 150mg/kg. - Tồn d kim loại nặng trong sản phẩm rau. Do sự lạm dụng hoá chất bảo vệ thực vật cùng với phân bón các loại đã làm một lợng N, P, K, và hoá chất bảo vệ thực vật rửa trôi xâm nhập vào mạch nớc làm ô nhiễm mạch nớc ngầm. Theo Phạm Bình Quân (1994) thì hàm lợng kim loại nặng, đặc biệt là asen (as) ở Mai Dịch - Hà Nội trong các mơng tới cao hơn hẳn so với mức quy định gây ô nhiễm nguồn nớc và cây rau sẽ hấp thụ vào trong cơ thể những hoá chất này. - Vi sinh vật gây hại trong rau do sử dụng nớc tới có vi sinh vật gây hại ( Ecoli, Salmonella, Trứng giun.) làm cho các vi sinh vật có hại này theo rau qua đờng tiêu hoá vào cơ thể con ngời. Tuy cha đợc thống kê, song tác hại của nó là rất lớn. Do rau là nguồn thực phẩm quan trọng đối với đời sống con ngời nhất là khi nền kinh tế phát triển, lơng thực thực phẩm đã đủ ăn thì con ngời hớng tới những thực phẩm có chất lợng, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm do đó vấn đề cấp thiết đặt ra là bên cạnh tìm cách nâng cao năng suất mở rộng các loại cây lơng thực còn phải giảm hàm lợng độc tố có trong nông sản đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Vì vậy vấn đề cấp bách đặt ra cho ngành Nông nghiệp là phải áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào trong sản xuất, xây dựng các mô hình sản xuất rau, quả an toàn. Đã có rất nhiều công nghệ mới đợc áp dụng để sản xuất rau sạch, nhng trong giới hạn đề tài chúng tôi xin đợc nghiên cứu hệ thống tới nớc (Cụ thể là thiết kế hệ thống điều khiển tự động hệ thống tới phun m a) phục vụ sản xuất rau an toàn. Bởi đặc điểm của cây rau là yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm phù hợp, độ ẩm thờng rất cao khoảng 85 - 90% khối lợng thân cây. Nếu thiếu nớc cây rau sẽ sinh trởng và phát Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 9 - triển kém, mắc nhiều bệnh tật, vì vậy nếu thiết kế đợc mô hình tới tiêu tự động đảm bảo yêu cầu của cây rau sẽ giúp chúng sinh trởng và phát triển mạnh, ngăn ngừa sâu bệnh từ đó sẽ giảm đợc hàm lợng độc tố có trong rau. 1.1.3. Tình hình sản xuất rau sạch trên thế giới Trên thế giới do khoa học kỹ thuật phát triển đã đợc áp dụng sâu rộng vào trong cuộc sống cũng nh sản xuất. Trong đó việc trồng rau đã sớm đợc chú trọng áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất để nâng cao sản lợng, chất lợng, giảm lợng độc tố trong rau đảm bảo tiêu chuẩn rau sạch. Các nớc cung cấp nhiều rau sạch trên thế giới phải kể đến nh Isaren, Hà Lan, NhậtMặc dù diện tích nông nghiệp ở các nớc này không nhiều nhng sản lợng cung cấp trên thị trờng tơng đối lớn điều đó càng chứng tỏ u thế của việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất. Muốn nâng cao sản lợng, chất lợng, đảm bảo rau sạch thì các nhà trồng rau của nớc ta cần phải áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất. 1.2. Các phơng pháp tới 1.2.1. Phơng pháp tới Tới nớc cho cây trồng nói chung và cho cây rau nói riêng là một công việc hết sức khó khăn. Tuỳ thuộc vào từng loại cây và từng vùng khí hậu cũng nh tuỳ thuộc vào từng thời kỳ sinh trởng mà rau cần độ ẩm khác nhau. Trên thực tế sản xuất rau trong nớc cũng nh trên thế giới mà ta có các phơng pháp t ới nh sau: a. Phơng pháp tới ngập nớc Phơng pháp tới ngập nớc là phơng pháp mà chúng ta tháo ngập nớc vào khu vực cây trồng để phục vụ nớc cho cây trồng sinh trởng. Đây thực sự là phơng pháp cổ truyền có từ lâu đời nó chỉ phù hợp đối với khu vực bằng phẳng có độ dốc không lớn và chỉ đợc áp dụng với một số loại cây trồng nh lúa nớc, rau cần hay một số cây khác trong từng thời điểm sinh trởng nh ngô, khoai lang, cói, đay Đây cũng là phơng pháp dùng để cải tạo đất nh Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 10 - thau chua rửa mặn hay dùng để giữ ẩm đất trong quá trình chờ canh tác. Phơng pháp này có những u điểm sau: - Do chỉ áp dụng ở những vùng bằng phẳng có độ dốc không lớn tính thấm nớc của đất yếu và mức tới cao vì vậy năng suất tới cao một ngời có thể tới 30 - 40 ha/ngày. - Hệ số sử dụng ruộng đất cao, vì có thể xây dựng hệ thống tới tiêu cho những thửa có diện tích lớn. - Lớp nớc trên ruộng tạo điều kiện cho bộ rễ của cây lúa phát triển tốt, hấp thụ các loại phân bón đợc thuận lợi, hạn chế đợc nhiều loại cỏ dại và ổn định nhiệt. Tuy nhiên, tới ngập có nhợc điểm và hạn chế sau: - Tới ngập không ứng dụng đợc để tới cho các loại cây trồng cạn, nhu cầu về nớc ít, hoặc ở các đất có độ dốc lớn. - Tới ngập làm cho độ thoáng khí trong đất kém quá trình phân giải các chất hữu cơ bị hạn chế. Nếu chế độ tới không thích hợp, việc tổ chức quản lý tới kém sẽ làm ảnh hởng sấu đến phát triển của cây trồng, gây lãng phí nớc, làm xói mòn đất và rửa trôi phân bón. b. Phơng pháp tới rnh Phơng pháp tới rãnh đợc phổ biến nhất để tới cho hầu hết các loại cây trồng nh bông, nho, mía, các loại cây có củ, quả nh khoai sắn, củ đậu, cà chua và các loại rau, nh bắp cải, su hào. Khi tới rãnh nớc không chảy vào khắp mặt ruộng mà chỉ vào trong rãnh tới giữa các hàng cây trồng. Yêu cầu của tới rãnh là xác định chính xác các yếu tố kỹ thuật tới chủ yếu, nh lu lợng nớc trong rãnh tới, chiều dài rãnh tới và thời gian tới để đảm bảo tiêu chuẩn tới định trớc theo yêu cầu sinh trởng của cây trồng, phù hợp với điều kiện đất đai, địa hình và khí hậu. Ưu điểm của tới rãnh là xây dựng đồng ruộng dễ dàng thích ứng với từng điều kiện cụ thể về đất đai, khí hậu và cây trồng. Đảm bảo đất đợc tơi xốp, [...]... tác và cây trồng ngời ta vẫn dùng phơng pháp tới này d Phơng pháp tới phun ma Phơng pháp tới phun ma là phơng pháp tới mới đợc phát triển rộng rãi trong vòng 40 năm nay Nguyên tắc chính của phơng pháp này là dùng hệ thống máy bơm, ống dẫn nớc và vòi phun để tạo thành ma tới nớc cho các loại cây trồng Ưu điểm nổi bật của phơng pháp tới phun ma là có thể tới trong những điều kiện sau: - Khi tiêu chuẩn tới . "Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tới phun ma phục vụ sản xuất rau an toàn". Nhằm tạo ra hệ thống tới tiêu phục vụ sản xuất rau an toàn. Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi. tới phun ma Phơng pháp tới phun ma là phơng pháp tới mới đợc phát triển rộng rãi trong vòng 40 năm nay. Nguyên tắc chính của phơng pháp này là dùng hệ thống máy bơm, ống dẫn nớc và vòi phun. sau: * Các kết quả nghiên cứu kế thừa: - Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trớc về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình. Nh Assembly, Orcad, Multisim, phần mềm mô phỏng Matlab