Xây dựng hệ thống điều khiển bộ làm mát trong nhà kính

Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả năng đo đạc và điều khiển được các thông số của môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng

Ngoài ra, em cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô là tác giả của các tài liệu tham khảo và sự đóng góp ý kiến của gia đình và bạn bè trong bộ môn Công nghệ

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu là do bản thân tìm hiểu nghiên cứu trong một thời gian dài Không có sự sao chép nội dung từ các đồ án khác Tất cả nội dung hình ảnh minh họa đều có nguồn gốc rõ ràng từ các tài liệu tham khảo được cho phép tham khảo và các trang mạng uy tín trên Internet

Em xin cam đoan những lời trên là đúng, mọi thông tin sai lệch em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng

Thái Nguyên, Ngày 11 tháng 06 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Hoàng Dung

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH ii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT TRONG NHÀ KÍNH 2 1.1 Giới thiệu 2

1.1.1 Nhiệt độ của nhà kính 2

1.1.2.Các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kính nhiệt đới 2

1.2 Các biện pháp làm mát trong nhà kính 2

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ LÀM MÁT TẠI VƯỜN ƯƠM THỰC NGHIỆM NHÀ KÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TT THÁI NGUYÊN 16

2.1 Đặt vấn đề 16

2.3 Sơ đồ khối 20

2.3.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 20

2.3.2 Sơ đồ khối cảm biến 21

2.3.3 Sơ đồ khối chấp hành 21

2.4 Giải pháp thiết kế 21

2.5 Thiết kế phần cứng 22

2.5.1 Các thiết bị sử dụng 22

2.5.2 Sơ đồ nguyên lý 36

2.5.3 Sơ đồ mạch in 39

2.6 Lưu đồ thuật toán 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 41

3.1 Kết quả phần cứng 41

3.2 Đánh giá hệ thống 47

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mô hình nhà kính mái hở cố định một bên 3

Hình 1.2 Mô hình nhà kính mái hở cố định hai bên 4

Hình 1.3 Mô hình nhà kính đóng mở kiểu cánh bướm 4

Hình 1.4 Thông gió nhà kính với quạt đảo gió 6

Hình 1.5 Thông gió với quạt hút gió 6

Hình 1.6 Các loại quạt hút gió kiểu hướng trục dạng ống 7

Hình 1.7 Quạt hút Composit dạng loa chuyển động gián tiếp 9

Hình 1.8 Quạt hút Composit dạng loa chuyển động trực tiếp 9

Hình 1.9 Quạt hút chuyển động gián tiếp 9

Hình 1.10 Quạt hút chuyển động trực tiếp 10

Hình 1.11 Quạt hút gián tiếp mặt lưới 10

Hình 1.13 Tấm Cooling Pad 11

Hình 1.14 Các thông số của tấm Cooling Pad 11

Hình 1.15 Nguyên lý làm việc của tấm Cooling Pad 13

Hình 1.16 Làm mát nhà kính bằng nước 14

Hình 1.17 Hệ thống phun sương 14

Hình 2.1 Hệ thống tấm làm mát 16

Hình 2.2 Hệ thống quạt hút gió 17

Hình 2.3 Hệ thống phun sương 17

Hình 2.4 Biện pháp làm mát nhà kính tại trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên 17

Hình 2.8 Sơ đồ khối chấp hành 21

Hình 2.7 Arduino Nano 22

Hình 2.8 Sơ đồ các chân 23

Hình 2.9 Module relay kích ở mức cao 25

Hình 2.10 Module relay kích ở mức thấp 25

Hình 2.11 Màn hình LCD 27

Hình 2.12 Sơ đồ chân 30

Hình 2.13 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 32

Hình 2.14 Mạch mô phỏng bằng Proteus 36

Hình 2.15 Khối điều khiển được mô phỏng bằng proteus 37

Hình 2.16 Khối hiển thị 37

Hình 2.17 Cơ cấu chấp hành được mô phỏng bằng proteus 38

Hình 2.18 Sơ đồ mạch in 39

Hình 2.19 Lưu đồ thuật toán 40

Hình 3.1 Mạch điều khiển bộ làm mát 41

Hình 3.2 Thông báo chế độ điều khiển bằng tay bằng đèn led D1 sáng 41

Hình 3.3 Gạt công tắc 1 bật quạt hút gió 42

Hình 3.4: Gạt công tắc 2 bật quạt đảo gió 42

Hình 3.5 Gạt công tắc 3 bật máy bơm nước cho tấm làm mát 42

Hình 3.6 Gạt công tắc 4 điều khiển bật hệ thống phun sương 43

Hình 3.7 Nhiệt độ trong khoảng 20˚C≤t≤25˚C bật quạt hút gió 43

Hình 3.8 Nhiệt độ trong khoảng 25˚C<t≤30˚C bật quạt đảo gió 44

Hình 3.9 Nhiệt độ trong khoảng 30˚C<t≤35˚C bật máy bơm nước cho tấm làm mát 44 Hình 3.10 Nhiệt độ cao trên 35ºC bộ điều khiển phun sương bật 45

Hình 3.11 Mô hình bộ làm mát và hệ thống điều khiển bộ làm mát trong nhà kính 45

Hình 3.12 Quạt hút gió 46

Hình 3.13 Quạt đảo gió 46

Hình 3.14 Máy bơm nước cho tấm làm mát 46

Hình 3.15 Mô phỏng các đầu phun sương bằng led 47

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực: Giao thông vận tải, công nghiệp, dụ lịch… Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò cực kì quan trọng góp phần lớn cho sự tiến bộ không ngừng của các lĩnh vực này Nghành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên và các phương pháp canh tác truyền thống không mang lại hiệu quả kinh tế cao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người ngày càng nâng cao, đòi hỏi chất lượng cao Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả năng đo đạc và điều khiển được các thông số của môi trường như: nhiệt độ,

độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn phát triển cây trồng…

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên nên em đã đã chọn đề tài “Xây dựng

hệ thống điều khiển bộ làm mát trong nhà kính” Trong đề tài này, em tìm hiểu về bộ điều khiển bộ làm mát trong nhà kính Với những kiến thức về điện tử và vi điều khiển đã được học tập tại trường em đã hoàn thành tốt đề tài của mình

Nội dung đề tài:

Chương 1 Tổng quan vê hệ thống làm mát trong nhà kính

Chương 2 Phân tích thiết kế hệ thống điều khiển bộ làm mát trong nhà kính.Chương 3 Kết quả

1.1.2.Các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kính nhiệt đới

Mỗi loại rau, hoa đều yêu cầu một giới hạn nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển Hiệu suất quang hợp của hầu hết các loại rau đều dừng lại ở nhiệt độ 30ºC Một số loại rau thực hiện quang hợp có hiệu quả ở 12-24ºC, trong khi đó một số khác loại quang hợp tốt ở nhiệt độ 18ºC - 24ºC Ở nhiệt độ thích hợp đồng thời cung cấp đầy đủ nước và dinh dưỡng thì cây có thể phát triển nhanh nhất Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao có thể làm cho cây dừng sinh trưởng hoặc có thể chết

sấm sét, trong khi cung cấp ánh sáng và ấm áp Có những phương pháp khác nhau

để giảm nhiệt độ hiệu ứng nhà kính

a Thông gió tự nhiên trong nhà kính:

Một cách hiệu quả để giảm nhiệt độ trong một nhà kính quá nóng là thông gió tự nhiên Mở tất cả các cửa ra vào và cửa sổ để không khí nóng thoát ra ngoài Một số nhà kính đã khớp mái có thể đóng mở ở nhiệt độ cao để ngăn chặn sự tích

tụ của khí nóng Người trồng có thể thông gió cho nhà kính với những bức tường bằng polyethylene và mái nhà bằng cách lăn lên các tấm nhựa để trút khí nóng và cung cấp không khí lưu thông

Tất cả các nhà kính được xây dựng đều có một số hình thức thông hơi hoặc

có phần mái hắt được mở để cho phép nhiệt thừa thoát ra ngoài và không khí mát bên ngoài đi vào

 Một số mô hình nhà kính thiết kế thông gió:

- Mô hình nhà kính mái hở cố định một bên

Hình 1.1 Mô hình nhà kính mái hở cố định một bên

chú ý đến hướng gió phù hợp với phần hở của mái

- Mô hình nhà kính mái hở cố định hai bên

Hình 1.2 Mô hình nhà kính mái hở cố định hai bên

Mô hình nhà kính mái hở cố định hai bên có cửa thông gió đôi làm thoáng khí hơn Mái nhô lên theo dạng cung tròn, trên đỉnh mái có hai cửa thông gió cố định, giúp giảm diện tích bị nung nóng và làm phân tầng không khí trong nhà kính, nên tăng hiệu quả làm mát vào mùa hè, kiểm soát tốt sự ngưng tụ của hơi nước

- Mô hình nhà kính đóng mở kiểu cánh bướm

Hình 1.3 Mô hình nhà kính đóng mở kiểu cánh bướm

tối ưu nhất.

Nhà kính với mái nhà hở và lỗ thông hơi hoạt động trên nguyên tắc nhiệt được lấy ra bởi một sự khác biệt áp lực được tạo ra bởi gió và nhiệt độ Gió đóng vai trò quan trọng Trong một nhà kính được thiết kế tốt , tốc độ gió từ 2-3 dặm / giờ cung cấp 80% hoặc nhiều hơn các hệ thống thông gió Gió đi qua trên mái nhà tạo ra một chân không và hút không khí nóng ra khỏi lỗ thông hơi Nếu lỗ thông hơi đang được mở, không khí mát mẻ vào thay thế và giảm xuống mức sàn Nếu không có lỗ thông hơi hoặc nếu các lỗ thông hơi lốp đóng cửa, không khí mát mẻ vào dưới cùng của lỗ thông hơi mái và nước nóng được thoát ra phía trên cùng của

lỗ thông hơi Vùng chuyển tiếp giữa hai dòng di chuyển không khí làm chậm sự chuyển động không khí làm mát và làm giảm phần nào

Mái nhà và mặt lỗ thông hơi trên nhà kính thông thường cần phải đủ lớn để

có được không khí chuyển động tốt Lưu ý rằng khu vực kết hợp lỗ thông hơi phải bằng các sườn kết hợp lỗ thông khu vực và mỗi nên được 15 đến 20 % diện tích sàn Vị trí tốt nhất cho nhà kính là có hướng mùa hè gió thổi qua các sườn núi để

nó tạo ra một chân không trên lỗ thông hơi dưới gió núi

Nhà kính mở mái nhà là có sẵn từ các nhà sản xuất lớn Hầu hết các thiết

kế sử dụng phần cứng và điều khiển quạt thông gió tiêu chuẩn để vận hành hệ thống mái nhà Một số có tấm mái được mở lên trên Kích thước của việc mở có thể được điều khiển từ 0% đến khoảng 75% Hầu hết các thiết kế sử dụng Đệm kín cao su niêm phong các khớp

 Ưu điểm:

- Trong thời tiết ấm áp , nhiệt độ bên trong nhà kính có thể được duy trì trong vòng một hoặc hai mức độ nhiệt độ bên ngoài với ít hoặc không có năng lượng cần thiết, điều này sẽ rút ngắn thời gian sản xuất và sản xuất chất lượng tốt hơn

- Chi phí năng lượng giảm

- Tùy thuộc vào thiết kế và định hướng , các loại cây trồng có thể nhận được

nhiều ánh sáng hơn trong thời gian giữa ngày hơn trong một nhà kính thông thường hoặc ít ánh sáng vào buổi sáng sớm hoặc chiều muộn do nhiều lớp kính mà

nó đã đi qua

- Giảm thủy lợi do nhiệt độ đồng đều hơn và khả năng lượng mưa tự nhiên

- Thêm lỗ thông hơi bên cho phép chuyển động làm mát và không khí khi

có gió hoặc mưa ngăn chặn mái nhà được mở

Để có được làm mát đầy đủ , một hệ thống bóng râm có thể cần thiết Nó phải đủ tối để nhiệt được tạo ra dưới đây có thể thoát lên qua vật liệu che bóng

b Thông gió với quạt

Hình 1.4 Thông gió nhà kính với quạt đảo gió

Hình 1.5 Thông gió với quạt hút gió

Thông gió với quạt dung nguyên lý cách đẩy không khí nóng ra khỏi nhà kính và hút không khí lạnh vào nhà kính Vì vậy vị trí của quạt rất quan trọng để

đạt hiệu quả cao nhất Vị trí của quạt phải cao cao trước mặt lỗ thông hơi hoặc cửa chớp để rút không khí trên và thông qua các cây Quạt nối với nhiệt kế cung cấp một hệ thống làm mát bán tự động Ngoài ra kết hợp quạt với tấm lót ướt làm mát bay hơi giúp ngăn ngừa khô cho cây bằng cách giữ độ ẩm trong môi trường.

 Thành phần của hệ thống thông gió với quạt:

* Quạt hút gió

 Quạt hút gió kiểu hướng trục dạng ống

- Công dụng : thông gió cho hầm mỏ, hút và trao đổi – tạo không khí đối lưu trong nhà kính…

- Cấu tạo gồm guồng và vỏ:

+ Guồng: có cánh đặt nghiêng, cong về phía trước hoặc cánh thẳng để tạo

áp lực lớn đẩy khí

+ Vỏ: dùng để hướng luồng khí theo 2 chiều: thổi gió ra và hút gió vào phụ thuộc vào chiều cong cánh quạt Khoảng hở giữa guồng và vỏ phải nhỏ bằng khoảng 1,5% chiều dài cánh Quạt hút gió có 2 loại: có dây đai truyền và dạng trục quay

Hình 1.6 Các loại quạt hút gió kiểu hướng trục dạng ống

- Loại hướng trục có dây đai truyền: Truyền động lực qua dây cua roa đến trục cánh quạt

+ Đặc tính: lưu lượng gió cao, độ ồn thấp, có thể tăng hoặc giảm lưu lượng gió, tiện bảo dưỡng motor

+ Lưu lượng gió từ: 15.000 – 95.000 m3/giờ

+ Khuyết điểm: do dùng dây cua roa nên ta phải thường xuyên cân chỉnh, thay thế dây cua roa Tốc độ motor quay sẻ lớn hơn loại không dùng cua roa, nên mau hư bạc đạn hơn, tuy nhiên giá thành sẻ rẻ hơn loại không dùng dây cua roa

- Loại hướng trục dạng trục quay: Không dùng dây cua roa, motor gắn trực tiếp vào trục quay cánh quạt

+ Đặc tính: cánh quạt tạo bởi hợp kim nhôm, dễ điều chỉnh lượng gió

+ Lượng gió: 3.000 – 120.000 m3/giờ

+ Công dụng: kính dệt, điều hòa không khí nhà kính, đưa gió vào kho lớn, đưa gió vào hầm mỏ

 Quạt hút gió kiểu hướng trục ốp tường

- Lắp đặt giữa thành nhà kính với bên ngoài kính, không gắn thêm ống gió

- Đặc tính: lưu lượng gió cao, mẫu mã đẹp, an toàn khi sử dụng

- Lưu lượng gió từ: 2.500 – 80.000 m3/giờ

- Công dụng:

Thích hợp cho việc thông gió trong các nhà máy, xí nghiệp, các kính dệt, may rộng Quạt có đường kính cánh lớn và có thể chế tạo theo yêu cầu của khách hàng, lưu lượng lớn, độ ồn thấp, ít tiêu hao điện năng

Quạt được gắn trên tường, số lượng quạt, công suất được tính toán phù hợp cho từng trường hợp cụ thể, có lá sách tự mở khi quạt chạy có tác dụng ngăn chặn côn trùng, mưa tạt vào

Khi bố trí nhiều quạt gắn liền nhau sẽ tránh được hiện tượng hút gió ngược

từ bên ngoài vào qua các quạt khác không chạy, làm giảm khả năng thay đổi không khí

Sử dụng quạt hút cần lưu ý tới đặc điểm kiến trúc để chọn vị trí gắn quạt cho phù hợp

Quạt dạng cánh profin có thể đảo chiều từ hút sang thổi và ngược lại

Tính toán thông gió theo tiêu chuẩn 5687-2010 (tiêu chuẩn về thiết kế thông gió điều hòa không khí do Trường Đại học Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học

và Công nghệ công bố.) bằng số lần thay đổi không khí x thể tích cần thông gió Nếu muốn làm mát cho cây trong kính thì ta nâng số lần thay đổi không khí lên 50 lần, nếu muốn tăng hiệu quả làm mát hơn nữa ta dùng đến máy làm mát hơi nước evaporative air cooler

Hình 1.7 Quạt hút Composit dạng loa chuyển động gián tiếp

Hình 1.8 Quạt hút Composit dạng loa chuyển động trực tiếp

Hình 1.9 Quạt hút chuyển động gián tiếp

Hình 1.10 Quạt hút chuyển động trực tiếp

Hình 1.11 Quạt hút gián tiếp mặt lưới

* Quạt đảo gió

Hình 1.12 Quạt đảo gió

- Quạt đảo gió dùng cho nhà kính tạo ra lượng gió tuần hoàn điều đến các vị trí trong nhà kính

- Ưu điểm: Không tốn diện tích, dễ dàng lắp đặt, giá thành rẻ

* Tấm làm mát Cooling Pad

Hình 1.13 Tấm Cooling Pad

Được cấu tạo bằng chất liệu đặc biệt có độ bền cao, với cấu trúc hình tổ ong giúp cho nước tuần hoàn một cách dễ dàng và thúc đẩy sự trao đổi nhiệt giữa nước

và không khí Nước từ trên chảy xuống qua từng lỗ thoáng làm cho không khí khô

và nóng từ bên ngoài đi qua trở lên sạch và mát, tạo độ ẩm thích hợp và giảm thấp nhiệt độ không khí Từ đó không khí trong kính liên tục được thay bằng không khí sạch tạo môi trường làm việc trong sạch giàu ôxy, tăng năng suất, chất lượng, sức khỏe cho người lao động

- Thông số kỹ thuật

Hình 1.14 Các thông số của tấm Cooling Pad

H : Chiều cao của tấm

W : Chiều rộng của tấm

D : Chiều dầy của tấm

h : Chiều cao của sóng

a : Góc nghiêng của lớp sóng "chẵn" hoặc "lẻ" so với phương ngang

da, bao bì, kính cơ khí, gara ô tô, đan lát mây tre, gốm sứ,

+ Trong các ngành dịch vụ: Nhà hàng, siêu thị, quán bia, khu vui chơi giải trí,

+ Trong lĩnh vực trồng trọt: Vườn ươm cây giống, trồng hoa, cây cảnh, + Trong lĩnh vực chăn nuôi: Chuồng nuôi gia súc, gia cầm,

+ Cấu tạo của tấm làm mát CoolingPad

Tấm làm mát CoolingPad được cấu thành bởi loại giấy Cellulose đặc biệt có sức thẩm thấu nước cao với các rãnh vật lý có chiều cao sóng h=7mm.Các lớp sóng này đượcliên kết đan xen lại với nhau tạo thành một góc cắt là 900º, trong đó góc nghiêng so với phương ngang của lớp sóng chẵn và của lớp sóng lẻ là như nhau và bằng 450º Nhìn bề ngoài trông gần giống với cấu trúc dạng tổ ong, với thiết kế đặc biệt này nhằm tạo ra diện tích bề mặt lớn trong cùng một thể tích không gian, làm tăng khả năng tiếp xúc, cọ sát và va đập giữa dòng không khí chảy dối với bề mặt nhăn của tấm giấy thấm ẩm Trên bề mặt của tấm giấy hình thành lên các màng nước bao phủ, khi có luồng không khí đi qua tại đây xảy ra quá trình bay hơi nước vào không khí, đồng thời có sự thay đổi cả về nhiệt độ và độ ẩm nên người ta gọi quá trình này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm

- Nguyên lý làm mát của tấm CoolingPad

Tấm làm mát CoolingPad áp dụng nguyên lý bay hơi nước tự nhiên, khi cho không khí nóng và khô được hút qua tấm CoolingPad ướt, nước sẽ hấp thụ nhiệt của dòng không khí nóng và tại đây xảy ra quá trình bay hơi nước, khiến cho nhiệt

độ không khí giảm xuống và độ ẩm tăng lên mức phù hợp

Hình 1.15 Nguyên lý làm việc của tấm Cooling Pad

Việc ứng dụng tấm làm mát CoolingPad vào việc làm mát không khí là một trong những biện pháp đáng tin cậy và kinh tế nhất Với cơ chế tự làm sạch và khả năng thẩm thấu của loại giấy Cellulose đặc biệt này đảm bảo cho tấm giấy không

bị mủn trong môi trường nước, độ bền của giấy tương đối cao

Quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa nước và không khí: Nước có nhiệt độ thấp hơn nên khi bay hơi hấp thụ một phần nhiệt từ không khí và nóng dần lên, ngược lại không khí nhả nhiệt nên nhiệt độ không khí giảm đi đồng thời độ ẩm cũng tăng lên thích hợp

c Làm mát bằng nước

Hình 1.16 Làm mát nhà kính bằng nước

Làm mát bên trong một nhà kính bằng cách phun nước trong lúc nhiệt độ cao Ngoài ra, một hệ thống phun sương hoặc phun sương loại bỏ không khí nóng với bốc hơi nước thông qua việc áp dụng phun nước trong nhiệt độ cao, cũng như giữ cây khỏi bị khô Hệ thống phun sương sử dụng ít năng lượng hơn so với quạt, nhưng cần phải chăm sóc để kiểm soát tảo phát triển và tránh nấm và vi khuẩn từ quá nhiều độ ẩm có thể lây bệnh cho cây

 Thành phần của hệ thống làm mát bằng nước

* Hệ thống phun sương

Hệ thống phun sương được thiết kế để làm tăng độ ẩm và làm mát nhà kính Những hệ thống này được sử dụng để khắc phục sự thiếu hụt về độ ẩm trong

Hình 1.17 Hệ thống phun sương

- Hệ thống phun sương áp suất thấp gồm có:

+ Bộ tạo áp: bơm điện để tạo ra lưu lượng và áp suất theo yêu cầu của các đầu phun

+ Đầu lọc: được tính toán dựa trên nguồn cấp nước, các chất rắn có trong nước và đường kính vòi của miệng phun

+ Hệ thống phân phối và bao quát toàn bộ các khu vực: ống nước, van và mối nối, v.v cần thiết cho sự phân phối lưu lượng nước phun sương Sương được phun từ trên đỉnh của khu vực cần được xử lý, với mục tiêu bao phủ toàn bộ khối lượng

+ Các đầu phun sương: dùng cho lưu lượng nước chậm với áp suất thấp

(1-4 bar) tạo ra kích cở hạt sương đủ nhỏ để bay trong không khí Các miệng phun được phân phối với số lượng phù hợp và vị trí thích hợp sẽ mang lại hiệu quả tốt

nhất.

- Hệ thống phun sương áp suất cao: Hệ thống phun sương áp suất cao với

áp lực lên đến 1000 PSI tạo ra các hạt sương mù kích cỡ nhỏ hơn 5 micron Các hạt sương mù nhanh chóng hòa trộn với không khí xung quanh, khiến không khí

xung quanh trở lên mát mẻ mà không làm ướt bề mặt.

- Ưu điểm:

+ Hệ thống được tích hợp bộ điều khiển tự động giúp cài đặt thời gian và chế độ làm việc một cách tự động, tạo thuận tiện cho người sử dụng

+ Hệ thống tiêu thụ ít nước, năng lượng giúp tiết kiệm chi phí

+ Dễ dàng lắp đặt cũng như tháo rời, có thể lắp đặt tại nhiều vị trí và điều kiện địa hình

+ Đặc điểm nổi bật của bộ phun sương áp suất cao là bơm phun sương không sử dụng dầu, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

BỘ LÀM MÁT TẠI VƯỜN ƯƠM THỰC NGHIỆM NHÀ KÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TT THÁI NGUYÊN 2.1 Đặt vấn đề

Chúng ta sống trong một thế giới nơi mà tất cả mọi thứ có thể được kiểm soát và vận hành tự động, nhưng vẫn còn một số lĩnh vực quan trọng ở nước ta mà

tự động hóa đã không được thông qua hoặc không được đưa vào sử dụng chính thức, vì một số lý do như là chi phí và kỹ thuật Một trong những lĩnh vực đó là nông nghiệp Nhà kính tạo thành một phần quan trọng của ngành nông nghiệp và làm vườn ở nước ta vì chúng có thể được sử dụng để các gia đình trồng cây trong điều kiện kiểm soát khí hậu cho các sản phẩm tối ưu, các nông sản có độ đảm bảo

an toàn thực phẩm cao Do vậy một hệ thống điều khiển bộ làm mát sẽ rất cần thiết

để giải quyết tất cả các vấn đề trên

 Khảo sát hệ thống làm mát tại tại vườn ươm thực nghiệm nhà kính trường ĐH CNTT và TT Thái Nguyên.

Một số hình ảnh về hệ thống làm mát tại vườn ươm thực nghiệm nhà kính trường Đại học CNTT&TT Thái Nguyên

Hình 2.1 Hệ thống tấm làm mát

Hình 2.3 Hệ thống phun sương

Hình 2.4 Biện pháp làm mát nhà kính tại trường

ĐH CNTT & TT Thái Nguyên

Biện pháp làm mát tại vườn ươm thực nghiệm nhà kính trường ĐH CNTT

& TT Thái Nguyên là hệ thống làm mát nhà kính làm mát kết hợp làm mát bằng

gió và làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát nhà kính áp suất âm hoạt động theo nguyên lý sau:

Một đầu nhà kính lắp đặt hệ thống quạt hút công nghiệp với lưu lượng gió lớn để hút toàn bộ không khí nóng, ô nhiễm và bụi trong kính thải ra ngoài

Đầu nhà kính còn lại phía đối diện với quạt hút được lắp đặt hệ tấm làm mát, các tấm làm mát này được máy bơm thường xuyên cung cấp nước bằng cách tưới đều trên đỉnh bề mặt của các tấm phân phối trong giàn, sau đó nước sẽ thấm

ẩm trên toàn bộ bề mặt của các tấm làm mát Nước sau khi qua tấm làm mát về hệ ống máng nước, đường ống thu hồi nước rồi trở về bể nước để tiếp tục vòng tuần hoàn mới

Không khí nóng và khô từ bên ngoài qua các tấm làm mát, trao đổi nhiệt trực tiếp với nước và trở thành không khí sạch và mát, tạo độ ẩm thích hợp và giảm nhiệt độ không khí trong nhà kính

- Hệ thống phun sương trong nhà kính tăng thêm độ ẩm rất hiệu quả

Những điều kiện cơ bản để có thể sử dụng dụng và lắp đặt hệ thống làm mát nhà kính

- Nhà kính hoặc nhà kính cần lắp đặt phải đóng kín

- Hệ thống máy làm mát hoạt động thì cửa sổ, cửa ra vào phải được đóng kín

- Trong điều kiện nhà kính không kín, cần phải gia cố lại những chỗ hở như: vách xung quanh, trần hoặc mái, cổng trời, ô thoáng, cửa sổ, cửa ra vào,

Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát

Hình 2.5 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát

Ưu điểm của hệ thống làm mát:

- Lắp đặt thi công dễ dàng, không ảnh hưởng đến hoạt động nhà kính

- Tiết kiệm điện năng

- Chi phí đầu tư rẻ

- Hệ thống này làm giảm nhiệt độ từ 3ºC -> 5ºC so với nhiệt độ môi trường

ví dụ nhiệt độ ngoài trời là 35ºC, khi sử dụng hệ thống làm mát này thì nhiệt độ trong kính chỉ còn từ 30ºC -> 32ºC

Nhược điểm của hệ thống làm mát áp suất âm.

- Không khí mát không được phân bố đều trong kính (khu vực gần quạt hút

sẽ nóng, khu vực gần tấm làm mát sẽ mát hơn)

- Độ ồn của quạt hút công nghiệp cao

- Quạt hút hút không khí không đều

- Khu vực gần quạt hút lưu lượng gió lớn

- Không gian nhà kính bị đóng kín, thiếu ánh sáng

- Thường hiệu quả với những nhà kính nhỏ và trung bình, không đáp ứng được tiêu chuẩn cho các nhà kính lớn

- Sau một thời gian nhất định hiệu quả của hệ thống làm mát sẽ giảm đi rõ rệt (thường là hệ thống phân bổ nước và tưới nước lên tấm làm mát không hoạt động hiệu quả như ban đầu)

Hiện tại hệ thống làm mát tại vườn ươm thực nghiệm nhà kính trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên đã có các thiết bị làm mát tuy nhiên chưa có bộ điều khiển của hệ thông làm mát và chư có hệ thống quạt đảo gió cho nhà kính Vì vậy

em thiết kế bộ điều khiển làm mát dựa trên bộ làm mát của nhà kính tại trường

2.2 Phân tích bài toán

Trong điều kiện của vườn ươm, sự phát sinh, phát triển và lây lan các dịch bệnh do nhiều yếu tố ngoại cảnh như: Độ ẩm không khí trong vườn luôn cao, mật

độ cây trong vườn dày đặc và giai đoạn này cây trồng rất dễ bị các vi sinh vật gây bệnh tấn công thông qua các bộ phận lá mầm Vì vậy giai đoạn cây con trong vườn ươm là giai đoạn yêu cầu cần có những chế độ tưới đặc biệt Không những cung cấp độ ẩm cho cây mà cần kết hợp hệ thống cung cấp dinh dưỡng, hệ thống phun thuốc bảo vệ thực vật và đặc biệt kích thước hạt nước tưới phun phải nhỏ để tránh

2.3 Sơ đồ khối

2.3.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống

Hình 2.6 Sơ đồ khối toàn hệ thống

2.3.2 Sơ đồ khối cảm biến

Hình 2.7: Sơ đồ khối cảm biến

2.3.3 Sơ đồ khối chấp hành

Hình 2.8 Sơ đồ khối chấp hành

2.4 Giải pháp thiết kế

- Để thu nhận yếu tố nhiệt độ của môi trường ta cảm biến nhiệt độ DS18B20 với ưu điểm: rẻ, dải đo rộng và có độ nhạy cao

- Khối điều khiển ta dùng Arduino nano để mạch có thể nhỏ gọn nhưng vẫn

đủ khả năng điều khiển các bộ phận khác

- Khối chấp hành sử dụng một IC điều khiển ULN2803 để điều khiển relay đóng mở các thiết bị chấp hành như quạt, máy bơm…

2.5 Thiết kế phần cứng

2.5.1 Các thiết bị sử dụng

a Arduino Nano

Hình 2.7 Arduino Nano

* Những ưu điểm vượt trội của Arduino Nano

Arduino Nano có một số ưu điểm sau đây:

- Kích cỡ siêu nhỏ cụ thể: 1,85cm x 4,3cm

- Có thể lập trình bằng máy tính bằng ngôn ngữ thân thiện

- Phù hợp để người mới tự học Arduino

- Giá thành rẻ hơn

- Có thể sử dụng tất cả thư viện của mạch Arduino

không phải 30mA)