xây dựng mô hình chăm sóc rau tự động bằng phương pháp thủy canh

LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành chi ân sâu sắc thầy cô trường đại học công nghệ thông tin truyền thông đặc biệt thầy cô khoa công nghệ tự động hóa trường tạo điều kiện tốt cho em hòan thành đồ án tốt nghiệp em xin chân thành cảm ơn thầy VŨ THÀNH VINH nhiệt tình hướng dẫn em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Trong trình làm đồ án q trình báo cáo đồ án ,khó tránh khỏi sai sót mong thầy bỏ qua đồng thời trình độ kinh nghiệm thực tế hạn chế nên báo cáo khó tránh khỏi sai sót ,em mong nhận đóng góp thầy để em học thêm nhiều kinh nghiệm để hoàn thiện thân Em xin chân thành cảm ơn ! Thái nguyên, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Dương Văn Thái LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung báo cáo em tự tìm hiểu nghiên cứu định hướng thầy giáo hướng dẫn- Th.S VŨ THÀNH VINH Nội dung báo cáo không chép vi phạm quyền từ cơng trình nghiên cứu Nếu lời cam đoan khơng đúng, em xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước pháp luật Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Dương Văn thái MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI CHƯƠNG I: CƠ SỞ LỸ THUYẾT 12 1.1 Hệ thống thủy canh 12 1.1.1 Khái niệm thủy canh 12 1.1.2 Một số mơ hình trồng rau thủy canh 12 1.1.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho NPK 15 1.1.4 Ưu nhược điểm phương pháp thủy canh 18 1.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến phát triển rau 19 1.2.1 Ánh sáng 19 1.2.2 Nhiệt độ 20 1.2.3 Độ ẩm 20 1.2.4 Nồng độ PH 20 1.2.5 Độ dẫn điện EC 21 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TỐN 22 2.1 Mô tả hệ thống 22 2.2 Thiết kế phần cứng 22 2.2.1 Sơ đồ khối nút EC-nhiệt độ 22 2.2.2 Sơ đồ khối nút PH 30 2.2.3 Sơ đồ khối nút môi trường 38 2.2.4 Sơ đồ khối nút điều khiển 44 CHƯƠNG III:KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 49 3.1 Đánh giá sản phẩm 49 3.1.1 Độ tin cậy 49 3.1.2 Đánh giá lượng tiêu thụ sản phẩm 49 3.1.3 Khả ứng dụng 49 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 52 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 hệ thống thủy canh dạng bấc 12 Hình 1.2 hệ thống thủy canh dạng tĩnh 13 Hình 1.3 hệ thống thủy canh ngập rút định kì 13 Hình 1.4 Hệ thống thủy canh nhỏ giọt 14 Hình 1.5 hệ thống thủy canh màng dinh dưỡng 14 Hình 1.6 hệ thống khí canh 15 Hình 2.1 Sơ đồ khối nút EC-nhiệt độ 22 Hình 2.2: Hình ảnh Arduino Nano 23 Hình 2.3: Cảm biến EC 25 Hình 2.4: Đầu đo cảm biến EC mẫu dung dịch hiệu chuẩn 25 Hình 2.5: Mối quan hệ EC TDS 26 Hình 2.6: Hình ảnh cảm biến nhiệt độ DS18B20 27 Hình 2.7 module truyền thông cc2530 28 Hình 2.8 sơ đồ nguyên lý nút EC-nhiệt độ 29 Hình 2.9 mạch đo EC-nhiệt độ 30 Hình 2.10 sơ đồ khối nút PH 30 Hình 2.11: Hình ảnh Arduino Nano 31 Hình 2.12: E201C – thiết bị đo độ PH 33 Hình 2.13: Cấu tạo điện cực PH 33 Hình 2.14: Cấu trúc PH sensor 34 Hình 2.15: Các mức điện khác nhúng điện cực vào dung dịch 35 Hình 2.16: Đường biểu thị phụ thuộc điện áp đo theo PH 36 Hình 2.17 Module truyền thông cc2530 36 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lí nút PH 37 Hình 2.19 Mạch đo PH 38 Hình 2.20 Sơ đồ khối nút mơi trường 38 Hình 2.21: Hình ảnh Arduino Nano 39 Hình 2.22 cảm biến ánh sáng 41 Hình 2.23 cảm biến DHT 11 42 Hình 2.24 module truyền thơng cc2530 42 Hình 2.25sơ đồ ngun lý nút mơi trường 43 Hình 2.26 mạch thật nút môi trường 43 Hình 2.27 sơ đồ khối nút điều khiển 44 Hình 2.28: Hình ảnh Arduino Nano 45 Hình 2.29 module truyền thơng cc2530 46 Hình 2.30 máy bơm nước mini ATMAN 304 47 Hình 2.31 sơ đồ nguyên lý nút điều khiển 48 Hình 2.32 mạch thật nút điều khiển 48 LỜI MỞ ĐẦU Nước ta nước phát triển với nông nghiệp sản xuất vật chất bản,giữ vai trò to lớn phát triển kinh tế xã hội.chính việc đầu tư phát triển nghành nơng nghiệp cần quan tâm.Trong sản xuất rau an toàn lĩnh vực sản xuất cần thiết cho sống ngày phát triển Rau sản phẩm tiêu dùng không thiếu sống người,cung cấp nhiều vitamin mà thực phẩm khác thay được.Hiện nay,do nhu cầu hội nhập quốc tế phát triển kinh tế xã hội đất nước việc sản xuất rau an tồn gặp nhiều khó khăn để sản xuất rau an toàn cần phải giảm sát áp dụng theo quy trình chọn giống chăm sóc thu hoạch đặc biệt sử dụng phân bón hóa học,thuốc trừ sâu,chất kích thích tăng trưởng, liệu có ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.chính em định chọn đề tài “xây dựng mơ hình chăm sóc rau tự động phương pháp thủy canh”làm đồ án tốt nghiệp Để hồn thành đề tài này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Th.S VŨ THÀNH VINH người hướng dẫn tận tình bảo cho em suốt trình hồn thiện đồ án Em gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln quan tâm, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho em để em có điều kiện tốt để hồn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Dương Văn Thái TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Tính cấp thiết Với tốc độ thị hóa việc thiếu đất canh tác vấn đề đặt cho nhiều ngành quan chức Đi kèm với nó, sống người dân nơi đô thị phải đối mặt với nhiều thực trạng, có vấn đề sử dụng rau cho sinh hoạt hàng ngày gia đình Do vậy, việc sản xuất rau an tồn chất lượng cao cơng nghệ thủy canh giới công nhận phù hợp cho Việt Nam (là nước đông dân có tới 70% dân số làm nơng nghiệp) Sản phẩm có tên gọi “xây dựng mơ hình chăm sóc rau tự động phương pháp thủy canh” đời không đáp ứng nhu cầu cấp thiết rau cho người tiêu dùng, nâng cao sức khỏe cho cộng đồng mà cải thiện mơi trường sống xung quanh, cụ thể giảm thiểu việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, tăng diện tích xanh, giảm hàm lượng khí thải CO2, tăng sinh dưỡng khí O2, nâng cao trình độ sản xuất nơng nghiệp Tình hình sản xuất rau giới Rau xanh loại thực phẩm thiết yếu sống người, cung cấp phần lớn khoáng chất vitamin, góp phần cân dinh dưỡng bữa ăn hàng ngày Rau trồng có giá trị kinh tế cao, mặt hàng xuất nhiều nước giới Hiện nhiều nước giới trồng rau với diện tích lớn, nước phát triển tỷ lệ rau/cây lương thực 2/1, nước phát triển tỷ lệ ½ Năm 1980 tồn giới trồng 8.066.840 ha, năm 1990 10.405.270, tăng 2.338.430 (trung bình năm tăng 233.843 ha) Năm 2000 diện tích rau giới đạt 14.572.540, tăng 4.167.270 (trung bình năm tăng 416.727 ha) Năm 2010 trồng 18.075.290 ha, tăng 3.502.750 so với năm 2000 (trung bình năm tăng 350.275 ha), tăng 7.670.020 so với năm 1990 10.008.450 so với năm 1980 Về suất rau giới không ổn định qua năm Năm 1980 suất rau đạt 106,11 tạ/ha, năm 1990 134,89 tạ/ha, tăng 28,78 tạ/ha Năm 2000 có suất rau cao nhất, đạt 146,84 tạ/ha, tăng 11,95 tạ/ha so với năm 1990 40,70 tạ/ha so với năm 1980 Sau năm 2000 suất rau có xu hướng giảm dần, mức độ khơng nhiều số đáng lo ngại cho ngành trồng rau Năm 2010 suất rau giới đạt 132,88 tạ/ha, giảm 13,96 tạ/ha so với năm 2000, giảm 2,01 tạ/ha so với năm 1990 Do suất giảm thập kỷ gần nên sản lượng rau giới đạt cao vào năm 2008 249.702.200 tấn, tăng 35.719.020 so với năm 2000, tăng 109.345.500 so với năm 1990 164.104.960 so với năm 1980 Năm 2010 sản lượng rau 240.177.290 tấn, giảm 9.524.910 so với năm 2008 Tình hình sản xuất rau châu lục biến động lớn Châu Á có diện tích trồng rau lớn giới Năm 2010 toàn châu lục trồng 14.110.820 ha, chiếm 78,07% diện tích rau giới Châu phi có diện tích trồng rau lớn thứ 2, đạt 2.747.520 ha, 19,47% diện tích rau châu Á Châu Đại dương có diện tích trồng rau thấp nhất, có 32.970 0,23% diện tích rau châu Á Mặc dù châu Á có diện tích trồng rau lớn giới suất rau đứng hàng thứ châu lục Năm 2010 suất rau châu Á đạt 145,54 tạ/ha, cao suất trung bình giới 12,66 tạ/ha Châu Âu có suất rau cao giới (168,03 tạ/ha), cao suất trung bình giới 35,15 tạ/ha cao suất rau châu Á 22,49 tạ/ha Châu Phi có suất rau thấp giới, đạt 61,39 tạ/ha, 46,2% suất rau giới, 42,18% suất rau châu Á Do có diện tích trồng rau lớn nên sản lượng rau châu cao 205.368.870 tấn, chiếm 85,51% sản lượng rau giới Châu Phi có sản lượng rau đứng thứ 16.867.030 tấn, chiếm 7,02% sản lượng rau giới, 8,21% sản lượng rau châu Á Châu Đại dương có suất rau cao thứ giới diện tích gieo trồng nên sản lượng thấp 551.130 ha, 0,23% sản lượng rau giới, 0,27% sản lượng rau châu Á Vùng Đơng Nam Á có diện tích trồng rau lớn, năm 2010 toàn vùng trồng 1.812.370 ha, 12,84% diện tích rau châu Á, 10,03% diện tích rau giới Năng suất rau vùng xấp xỉ suất bình quân giới, đạt 130,3 tạ.ha, sản lượng đạt 23.615.180 (chiếm 11,5% sản lượng rau châu Á, chiếm 9,83% sản lượng rau giới) Tình hình sản xuất rau việt nam Cây rau du nhập vào nước ta từ đầu kỷ X Năm 1721 – 1783 Lê Quý Đôn tiến hành tổng kết vùng phân bố rau Năm 1029 nước ta tiến hành trồng thử rau cải trắng khoai tây Tuy nhiên kinh tế tự túc kéo dài nên nghề trồng rau nước ta manh mún Năm 1980 nước trồng 220.000 ha, năm 1990 261.100 ha, tăng 41.100 Năm 2000 diện tích trồng rau nước ta tăng kỷ lục, đạt 452.900 ha, tăng 191.800 so với năm 1990, tăng 232.900 so với năm 1980 Tuy nhiên năm trở lại diện tích trồng rau nước ta biến động thất thường, năm 2006 nước trồng 536.914 ha, tăng 84.014 so với năm 2000, nhiên năm sau diện tích rau bị giảm nhẹ đến năm 2010 diện tích trồng rau tăng trở lại đạt 553.500 Về suất rau nước ta có xu hướng biến động gần giống suất rau giới Năm 1980 suất rau đạt 98,84 tạ/ha, năm 1990 đạt 112,35 tạ/ha năm 2000 suất rau đạt cao 124,36 tạ/ha Giai đoạn 2006 – 2010 suất rau biến động thất thường, năm 2008 có suất rau thấp 117,06 tạ/ha, năm 2010 suất tăng lên 212,64 tạ/ha thấp 1,83 tạ/ha so với năm 2007, thấp 2,72 tạ/ha so với năm 2000 Sản lượng rau nước ta tăng lên đáng kể qua giai đoạn Năm 1980 nước thu 2.164.800,0 tấn, năm 1990 2.933.458,5 tăng 768.658,5 tấ so với năm 1980 (trung bình tăng 76.865,85 tấn/năm) Năm 2000 sản lượng rau đạt 5.632.264,4, tăng 2.698.805,9 so với năm 1990 (trung bình tăng 269.880,59 tấn/năm), tăng 3467464.4 so với năm 1980 Năm 2010 sản lượng rau nước ta cao nhất, đạt 6.732.774,0 tấn, tăng 1.100.509,6 so với năm 2000 (trung bình tăng 110.050,96 tấn/năm, thấp giai đoạn 1990 – 2000) Mục tiêu nghiên cứu đề tài Tìm hiểu số loại cảm biến chuyên dụng ,vi điều khiển ứng dụng xây dựng mơ hình tự động giám sát môi trường điều khiển việc trồng rau thủy canh Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý luận: Tổng hợp tài liệu kỹ thuật, cơng nghệ, phân tích đánh giá nội dung liên quan đến đề tài 10 Serial.println(ec1); Serial.println("EC2: "); Serial.println(ec2);*/ } }} float TempProcess(bool ch) { static byte data[12]; static byte addr[8]; static float TemperatureSum; if(!ch){ if ( !ds.search(addr)) { //Serial.println("khong phat hien cam bien nhiet do!"); ds.reset_search(); return 0; } if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7]) { Serial.println("CRC is not valid!"); return 0; } if ( addr[0] != 0x10 && addr[0] != 0x28) { Serial.print("khong nhan dang duoc thiet bi!"); return 0; } ds.reset(); ds.select(addr); ds.write(0x44,1); // start conversion, with parasite power on at the end } else{ byte present = ds.reset(); ds.select(addr); ds.write(0xBE); // Read Scratchpad 57 for (int i = 0; i < 9; i++) { // we need bytes data[i] = ds.read(); } ds.reset_search(); byte MSB = data[1]; byte LSB = data[0]; float tempRead = ((MSB