Nghiên cứu ứng dụng điện mặt trời để hiện đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ

i LỜI NÓI ĐẦU Phát triển nông nghiệp công nghệ cao nội dung phát triển kinh tế nước ta Trong thời gian vừa qua việc ứng dụng tiến kỹ thuật vào sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp nói chung, nông nghiệp nói riêng ngày trọng góp phần chuyển dịch cấu kinh tế, làm tăng giá trị sản xuất, tăng thu nhập, góp phần xóa đói, giảm nghèo làm giàu cho nhân dân Mặc khác hoa cảnh mang lại giá trị kinh tế cao cho người nông dân, làm thay đổi diện mạo nông thôn, giúp cảnh quan môi trường thêm xanh, sạch, đẹp Nghề trồng hoa cảnh mang lại hiệu cao cho người nông dân mà thu nhập từ hoa, cảnh cao gấp lần, chí nhiều lần so với cấy lúa, trồng màu Đặc biệt năm gần nghề trồng hoa lan có bước phát triển đáng kể, thâm nhập vào ngành nông nghiệp cách mạnh mẽ, hoa lan trở thành mặt hàng có giá trị kinh doanh, xuất giới Hiện nay, nghề trồng hoa lan phát triển khắp nước, không nông dân khấm nhờ trồng lan Thuận lợi nghề trồng lan không cần diện tích đất lớn, chăm sóc tốt thu nhập mang lại cao Tuy nhiên, lan loại trồng đòi hỏi cao kỹ thuật, người trồng phải tuân thủ kỹ biện pháp trồng chăm sóc Trong năm gần trước phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật đặc biệt ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật nghành vào nuôi trồng hoa góp phần tích cực vào nâng cao chất lượng đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng quốc tế Hơn việc khai thác sử dụng lượng mặt trời không vấn đề xa lạ người Năng lượng mặt trời loại lượng xanh hứa hẹn áp dụng rộng rãi sống người tương lai Đây nguồn lượng dường vô tận, dễ dàng khai thác sử dụng giúp bảo vệ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh ii môi trường sống người Vì việc ứng dụng lượng mặt trời vào sản xuất hướng cần phát triển Xuất phát từ lý xin chọn thực đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ.” Đồ án thực kết trình học tập nghiên cứu thân hướng dẫn tận tình thầy cô giáo Để có kết từ bắt đầu đến lúc kết thúc đề tài, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban chủ nhiệm khoa giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi tốt cho hoàn thành tốt đề tài - Giảng viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Văn Hân đạo kịp thời vấn đề liên quan suốt trình thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn ! GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Với đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ.” Mục đích tìm hiểu thiết kế hệ thống điều khiển hoạt động vườn ươm hoa lan nhằm nâng cao xuất chất lượng hoa Đưa lượng mặt trời vào sản xuất góp phần bảo vệ mô trường Hưởng ứng chấp hành chủ trương, sách Nhà nước tiết kiệm điện năng, sử dụng nguồn lượng sạch, chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu Chủ động nắm bắt ứng dụng công nghệ, thành tựu nhân loại vào phục vụ sống sản xuất Dựa vào điều kiện thực tế việc chăm sóc hoa lan để thiết kế hệ thống điều khiển hoạt động vườn ươm Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu xây dựng hệ thống điều khiển vườn ươm hoa lan hệ thống lưu trữ điện mặt trời phục vụ cho mô hình Quá trình thực khái quát sau: - Khảo sát đánh giá thực trạng vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ - Trình bày sở lí thuyết thiết bị điều khiển, thiết bị chấp hành - Thiết kế hệ thống sạc lưu trữ điện mặt trời cấp cho điều khiển phụ tải phục vụ vườn ươm hoa lan - Thiết kế hệ thống tự động giám sát chăm sóc hoa lan để tăng suất hiệu vườn ươm, trồng hoa lan - Đánh giá kết đạt Nội dung cụ thể đề tài trình bày chương: - Chương 1: Giới thiệu đề tài - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Tìm hiểu quy trình chăm sóc hoa lan - Chương 4: Thiết kế hệ thống GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh iv MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH VẼ v DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp nạp với dòng nạp không đổi 14 Phương pháp nạp với áp không đổi 14 Phương pháp nạp dòng – áp 15 CHƯƠNG TÌM HIỂU QUY TRÌNH CHĂM SÓC HOA LAN 28 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤC LỤC 49 GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh v DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Sân vận động Veronas Bentegoldi Error: Reference source not found Hình 1.2: Hệ thống điện mặt trời nối lưới Ninh Thuận Error: Reference source not found Hình 2.1: Một cell pin mặt trời Error: Reference source not found Hình 2.2: Cấu tạo pin mặt trời Error: Reference source not found Hình 2.3: Các loại cấu trúc tinh thể pin mặt trời Error: Reference source not found Hình 2.4: Trạng thái mức lượng electron Error: Reference source not found Hình 2.5: Các vùng lượng phần tử bán dẫn Error: Reference source not found Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời .Error: Reference source not found Hình 2.7: Cấu tạo ac - qui chì - axit Error: Reference source not found Hình 2.8: Sơ đồ chân Atmega16 Error: Reference source not found Hình 2.9: Các khối Atmega16 Error: Reference source not found Hình 2.10: Tổ chức nhớ chương trình Atmega16 Error: Reference source not found Hình 2.11: Tổ chức nhớ dự liệu SRAM Error: Reference source not found Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ độ ẩm Error: Reference source not found Hình 2.13: Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ độ ẩm với vi điều khiển Error: Reference source not found GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh vi Hình 4.1: Sơ đồ khối mô hình vườn ươm hoa lan Error: Reference source not found Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán điều khiển tưới theo thời gian độ ẩm Error: Reference source not found Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán hệ thống ổn định nhiệt độ độ ẩm Error: Reference source not found Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống Error: Reference source not found Hình 4.5: Mạch in điều khiển .Error: Reference source not found Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển rơle Error: Reference source not found Hình 4.7: Mạch in điều khiển rơle Error: Reference source not found Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch sạc lượng mặt trời Error: Reference source not found Hình 4.9: Mạch in mạch sạc lượng mặt trời Error: Reference source not found Hình 4.10: Hệ thống quạt máy bơm 12VDC Error: Reference source not found Hình 4.11: Đèn sợ đốt 12VDC Error: Reference source not found Hình 4.12: Ac - qui PTZ5S Error: Reference source not found Hình 4.13: Pin lượng mặt trời .Error: Reference source not found Hình 4.14: Hoạt động hệ thống điều khiển Error: Reference source not found Hình 4.15: Hoạt động mạch sạc ac - qui Error: Reference source not found Hình 4.16: Mô hình vườn ươm hoa lan Error: Reference source not found GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh vii GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Dung lượng điện áp ac - qui phụ thuộc vào điện áp Error: Reference source not found Bảng 2.2: Dung lượng ac - qui phụ thuộc vào dòng điện.Error: Reference source not found Bảng 4.1: Thông số pin mặt trời .Error: Reference source not found GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trong chương khái quát ngắn gọn đề tài cần nghiên cứu, mục tiêu, nội dung, phạm vi nghiên cứu kết cần đạt 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI CẦN NGHIÊN CỨU Tên đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ.” 1.1.1 Tính cấp thiết đề tài Phần lớn dân số nước ta sống nghề nông nghiệp (khoảng 70%) [1] việc tìm hướng để phát triển nông nghiệp vấn đề cần quan tâm Trong năm gần nghề trồng hoa lan trở thành xu hướng phát triển nông nghiệp đô thị Đây không ngành nghề có sức hấp dẫn nông dân mà tầm ngắm nhiều doanh nghiệp Với mức lãi bình quân gấp 10 lần trồng lúa [2] Những năm gần đây, mô hình trồng hoa lan phát triển bước đầu đem lại nguồn thu nhập ổn định, giúp nhiều nông hộ vươn lên giàu Hiện với thực trạng chung nghành kinh tế đẩy nhanh phát triển khoa học kỹ thuật, ứng dụng sản phẩm khoa học vào nghành khác đặc biệt nghành công nghiệp nông nghiệp Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp giúp mang lại nhiều hiệu cho kinh tế: Tăng hiệu sản suất, giảm nhiều chi phí đầu tư, tăng suất trồng, tạo sản phẩm nông nghiệp theo yêu cầu thị trường … Hiện với phát triển ngành kỹ thuật công nghệ thông tin việc ứng dụng công nghệ vật liệu mới, nguồn lượng lượng mặt trời vào nghành nông nghiệp quan tâm Việt Nam xem quốc gia có tiềm lớn lượng mặt trời, đặc biệt vùng miền trung miền nam đất nước, với cường độ xạ mặt trời trung bình khoảng kWh/m [3] Rất thuận tiện cho việc ứng dụng điện mặt trời vào sản suất GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh Chính lý Tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ.” 1.1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu  Mục tiêu - Thiết kế hệ thống sạc lưu trữ điện mặt trời cấp cho điều khiển phụ tải phục vụ cho vườn ươm hoa lan - Thiết kế hệ thống giám sát chăm sóc hoa lan để tăng suất hiệu vườn ươm hoa lan Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động ứng dụng vi điều khiển, pin mặt trời, phương pháp sạc, lưu trữ điện mặt trời - Nghiên cứu quy trình chăm sóc hoa lan để thực việc chăm sóc hoa lan tự động 1.1.3 Đối tượng phương pháp nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu vi điều khiển, pin mặt trời, phương pháp sạc, lưu trữ điện mặt trời - Quy trình chăm sóc hoa lan - Các thiết bị điện dùng để điều khiển trình hoạt động hệ thống  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu điều khiển lập trình dùng vi điều khiển - Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Mô hoạt động chương trình phần mềm Proteus - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Xây dựng mô hình vườn ươm để mô hệ thống giám sát chăm sóc hoa lan 1.1.4 Tổng quan lịch sử nghiên cứu đề tài Hiện nay, nượng điện mặt trời ứng dụng nhiều vào đời sống GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 58 if((gio== && phut==00 && giay==10)||( gio== 10 && phut== 00&& giay==10) ||( gio== 17 && phut==00 && giay==10)) { PORTB.2= 0; // tat he thong tuoi } } if(thang== || thang==6 || thang==7|| thang==8|| thang==9|| thang==10|| thang==11) { if((gio== 07 && phut==00 && giay==00)|| (gio== 16 && phut==00&& giay==00)) { PORTB.2 = 1; // bat he thong tuoi } if(gio== 07 && phut==00&& giay==10 || (gio== 16 && phut== 00 && giay==10)) { PORTB.2 = 0; } } if(thang== 12 || thang==1 || thang==2) //tuoi nuoc 1lan/ngay { if((gio== 16 && phut==00&& giay==00)) { PORTB.2 = 1; } if(gio== 16 && phut==00 && giay==10) { PORTB.2 = 0; } } if(am < 60 && am> 40) //bat he thong tuoi GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 59 { tam= 1; } if(nhiet > 32 ) { tnhiet = 1; } if(nhiet < 20 && nhiet > 10 ) { PORTB.3 = 1; } if( nhiet >23 ) { PORTB.3 = 0; } if(am > 85 ) { PORTB.4 = 1; } if(am < 75 ) { PORTB.4 = 0; } } // -void main(void) { PORTA=0xFF; DDRA=0xFF; PORTB=0x00; GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 60 DDRB=0xFF; DDRC=0xFF; PORTD=0x7C; DDRD=0x80; TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; TIMSK=0x00; UCSRB=0x00; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; ADCSRA=0x00; SPCR=0x00; TWCR=0x00; i2c_init(); GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 61 rtc_init(0,1,0); // RS - PORTC Bit // RD - PORTC Bit // EN - PORTC Bit // D4 - PORTC Bit // D5 - PORTC Bit // D6 - PORTC Bit // D7 - PORTC Bit // Characters/line: 16 lcd_init(16); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Do an tot nghiep"); delay_ms(3000); lcd_clear(); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("SVTH:Nguyen Ngoc Khanh"); delay_ms(4000); lcd_clear(); tam =0; tnhiet=0; while (1) { if(dangcdtg == 0) { doam(); hienthigio(); hienthingay(); hethong1(); nhietdo(); if(tam ==1 ) { GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 62 PORTB.2 = 1; if(am > 70 ) { PORTB.2 = 0; tam = 0; } } if(tnhiet==1 ) { PORTB.2 = 1; if(nhiet < 32 ) { PORTB.2 = 0; tnhiet=0; } } //****************************************************************** ****** if(menu == 0) //neu menu duoc nhan thi tien hanh cai dat { lcd_clear(); delay_ms(100); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Cai dat gio"); hienthicdgio(); dangcdtg = 1; cdtg = 1; } } if(dangcdtg ==1) { GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 63 cdgiophutgiay(); if(phai==0) { delay_ms(200); cdtg=2; } if(trai==0) { delay_ms(200); cdtg=1; } if(menu==0) { delay_ms(200); lcd_clear(); delay_ms(10); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Cai dat Ngay "); hienthicdngay(); cdtg=1; dangcdtg = 2; } } if(dangcdtg==2) { cdngaythangnam(); if(phai==0 && cdtg0) { delay_ms(200); cdtg ; } if(menu==0) { delay_ms(200); thoat(); } } } }  Chương trình lập trình cho mạch sạc lượng mặt trời: /***************************************************** Project : Dieu khien sac Date : 11/04/2015 Author : Nguyen Ngoc Khanh Company : Khoa dien - dien tu Comments: Do an tot nghiep Chip type : ATmega8 AVR Core Clock frequency: 16.000000 MHz *****************************************************/ #include #include #include #define lowbattery PORTB.3 #define charging PORTB.4 #define full PORTB.5 #define tai PORTB.0 /* Kieu So Nguyen Co Dau */ GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 65 typedef signed char int8_t; typedef signed int int16_t; typedef signed long int int32_t; /* Kieu So Nguyen Khong Dau */ typedef unsigned typedef unsigned char uint8_t; int uint16_t; typedef unsigned long /* int uint32_t; Kieu So Thuc */ typedef float float32_t; uint8_t str[30]; int16_t dong; uint16_t i=0,ADC; uint32_t tong=0; //Khai bao bien cho bo phan doc dien ap long dienappin, accuV, du1, du2 ; long SLvolt, SLdauvao, SLcon1, SLcon2; int danapday = 0, step = 0; //khai bao bien mang doc dien ap acu va solar long dienapacu[5] ; long dienapsolar[5]; #include #define ADC_VREF_TYPE 0x40 unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10); ADCSRA|=0x40; while ((ADCSRA & 0x10)==0); ADCSRA|=0x10; return ADCW; } GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hân SVTH: Nguyễn Ngọc Khánh 66 void docADC() { dienappin = read_adc(4); delay_us(100); SLvolt = read_adc(2); delay_us(100); } void currentnow() { i=1000; while (i>0) { ADC = read_adc(0); tong=tong+ADC; i ; } tong = tong/1000;// ADC;// dong = (int) (tong-512+1)/13.5*1000; if(dong