Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát cho mô hình tưới cây tự động

Ứng dụng tự động hoá trong sản xuất nông nghiệp là xu thế chung công nghiệp hiện đại. Trong đó, khâu tưới nước trong các nhà vườn là một ví dụ điển hình. Trước kia, việc tưới nước cho cây trồng phụ thuộc chủ yếu vào sức người, công việc này đòi hỏi phải chú ý quan sát tình trạng cuả cây để tưới nước đúng lúc, hơn nữa việc mang vác nước để tưới cũng làm tăng thêm phần nặng nhọc cho người làm vườn. Chưa kể các yếu tố môi trường thay đổi mà con người khó có thể nhận ra kịp thời. Việc tưới cây thiếu chính xác sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín cuả nhà vườn. Ứng dụng công nghệ tưới nhỏ giọt tự động vào sản suất cây trồng sẽ làm giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất, đảm bảo chất lượng, nâng cao năng suất so với khi chỉ sử dụng lao động thủ công. Những hệ thống điều khiển tưới cây tự động hiện nay trên thị trường chủ yếu là được nhập khẩu từ nước ngoài. Sử dụng thiết bị và công nghệ nước ngoài có độ ổn định tương đối cao, tuy nhiên giá thành lại quá đắt và chưa phù hợp với đặc điểm khí hậu cuả Việt Nam. Hiện nay, nhiều hộ gia đình, nông dân chưa đủ kinh phí đầu tư công nghệ nước ngoài cũng đang rất mong đợi sự ra đời các hệ thống tưới sáng tạo phù hợp với thiết bị hiện có của Việt Nam. Một giải pháp cho vấn đề đó là ứng dụng LabVIEW và Arduino vào thiết kế hệ thống tưới cây tự động. Tuy nhiên, các nghiên cứu theo hướng này còn hạn chế, các đề tài về lĩnh vực này chưa nhiều. Khi sử dụng LabVIEW để điều khiển có thể quan sát một cách chính xác độ ẩm đo được trong đất, hơn thế người sử dụng còn có thể biết được các yếu tố khác có liên quan như nhiệt độ trong không khí và ánh sáng trong nhà vườn. Các yếu tố tự nhiên trong môi tường đó có ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình sinh trưởng cuả cây trồng. Chính vì những ưu điểm vượt trội của phương pháp điều khiển như trên, em đã quyết định lựa chọn đề tài:“ Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát cho mô hình tưới cây tự động” cho khóa luận tốt nghiệp.

ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG BIỂU .iii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv PHẦN A ĐẶT VẤN ĐÊ 1.1 Tính cấp thiết cuả khoá luận .1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Ý nghĩa cuả khoá luận 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn PHẦN B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VÊ VẤN ĐÊ NGHIÊN CỨU .3 1.1 Tổng quan các phương pháp điều khiển tưới 1.2 Một số thiết bị điều khiển tưới tự động .4 1.2.1 Thiết bị điều khiển tưới từ xa E-pump 1.2.2 Bộ điều khiển tưới tự động EG-T01 1.2.3 Bộ điều khiển tưới tự động S800-4R 1.3 Tổng quan các phương pháp tưới tự động .6 1.4 Một số phương pháp tưới .8 1.4.1 Tưới phun mưa 1.4.2 Tưới ngập 1.4.3 Tưới rãnh .8 1.4.4 Tưới nhỏ giọt .8 ii 1.5 Định hướng nghiên cứu khóa luận CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 10 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 10 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 10 2.2 Nội dung nghiên cứu 10 2.3 Phương pháp nghiên cứu 10 2.3.1 Tiến trình thực nghiên cứu 10 2.3.2 Phương pháp thực nội dung 1: Phần mềm LabVIEW và bo mạch Arduino Uno 11 2.3.3 Phương pháp thực nội dung 2: Phương pháp tưới nhỏ giọt cho trồng 41 2.3.4 Phương pháp thực nội dung 3: Xây dựng phần cứng cuả mơ hình tưới nhỏ giọt 46 2.3.5 Phương pháp thực nội dung 4: Xây dựng giao diện và chương trình phần mềm 51 2.3.6 Phương pháp thực nội dung 5: Hoàn thiện, chạy thử, đánh giá chất lượng hệ thống .53 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55 3.1 Kết quả gia công, chế tạo phần cứng 55 3.1.1 Phần hộp điều khiển 55 3.1.2 Phần mô hình trờng .57 3.1.3 Phần bể chứa nước 58 3.2 Kết quả thi công chế tạo phần mềm 59 ii 3.2.1 Giao diện điều khiển, giám sát phần mềm LabVIEW .59 3.2.2 Chương trình điều khiển, giám sát phần mềm LabVIEW 60 3.3 Kết quả chạy thử nghiệm và đánh giá .63 3.3.1 Hoạt động cuả hệ thống .63 3.3.2 Đánh giá chất lượng hoạt động 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .70 4.1 Kết luận .70 4.2 Hạn chế, tồn 70 4.3 Kiến nghị, đề xuất giải pháp 70 4.3.1 Kiến nghị 70 4.3.2 Đề xuất giải pháp 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 73 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh tưới nhỏ giọt so với tưới theo cách truyền thống 45 Bảng 2.2 Bảng mẫu đánh giá kết quả ở chế độ thủ công 54 Bảng 2.3 Bảng mẫu đánh giá kết quả ở chế độ tự động 54 Bảng 3.1 Sơ đồ nối chân cảm biến độ ẩm đất và Arduino .56 Bảng 3.2 Sơ đồ nối chân cảm biến nhiệt độ và Arduino 56 Bảng 3.3 Sơ đồ nối chân cảm biến siêu âm và Arduino 57 Bảng 3.4 Bảng ghi lại các thông số hoạt động tự động lần 66 Bảng 3.5 Bảng ghi lại các thông số hoạt động tự động lần 68 Bảng 3.6 Bảng thử nghiệm điều khiển hệ thống ở chế độ thủ công 69 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thớng các phương pháp điều khiển tưới Hình 1.2 Hệ thớng tưới từ xa E-pump EPP-018 Hình 1.3 Bộ điều khiển tưới tự động EG-T01 Hình 1.4 Bộ điều khiển tưới tự động S800-4R Hình 1.5 Nhu cầu nước tưới nông nghiệp ở số nước Hình 1.6 Hệ thớng các phương pháp tưới Hình 2.1 Phần mềm LabVIEW 2014 .11 Hình 2.2 Mơi trường phát triển cuả phần mềm LabVIEW 12 Hình 2.3 Phần mềm VI Package Manager 2017 14 Hình 2.4 Danh sách các thiết bị ảo Control Palette 17 Hình 2.5 Danh sách các thiết bị ảo Numeric 18 Hình 2.6 Danh sách các thiết bị ảo Boolean 19 Hình 2.7 Danh sách các thiết bị ảo Gragh 20 Hình 2.8 Single Plot Charts 21 Hình 2.9 Multiphe Plot Charts 21 Hình 2.10 Giao diện cuả Waveform Graph Front Panel 22 Hình 2.11 Danh sách các hình khới 23 Hình 2.12 Dòng liệu chảy các dây dẫn chạy chương trình 24 Hình 2.13 Các dạng dây nới Block Diagram 25 Hình 2.14 Danh sách các thiết bị ảo Functions Palette 26 Hình 2.15 Danh sách các thiết bị ảo Structures 27 Hình 2.16 Hàm cấu trúc For Loop Block Diagram 28 Hình 2.17 Thanh ghi dịch hàm cấu trúc While Loop 28 Hình 2.18 Hàm cấu trúc Case Structures Block Diagram 29 Hình 2.19 Danh sách các thiết bị ảo Numeric 30 Hình 2.20 Danh sách các thiết bị ảo Boolean 31 Hình 2.21 Danh sách các thiết bị ảo Comparison 31 Hình 2.22 Hình ảnh thực tế cuả bo mạch Arduino Uno R3 32 iv Hình 2.23 Vi điều khiển Atmega dạng chân dán và dạng chân cắm 34 Hình 2.24 Chức các chân cuả Arduino Uno R3 37 Hình 2.25 Giao diện cuả chương trình nạp thư viện giao tiếp MakerHub .38 Hình 2.26 Chọn cổng nạp chương trình 39 Hình 2.27 Chọn kiểu nạp chương trình 39 Hình 2.28 Quá trình nạp chương trình diễn 40 Hình 2.29 Kết thúc quá trình nạp chương trình 40 Hình 2.30 Hệ thớng đường ớng cung cấp nước tới gớc .42 Hình 2.31 Sơ đờ tổng thể mơ hình cuả khoá ḷn 46 Hình 2.32 Phần hộp điều khiển cuả hệ thống 47 Hình 2.33 Vị trí các linh kiện đặt hộp điều khiển 47 Hình 2.34 Sơ đờ phần bể chứa cuả mơ hình .48 Hình 2.35 Phần nắp cuả bể chứa 48 Hình 2.36 Mơ hình hộp trờng 49 Hình 2.37 Đầu tưới nhỏ giọt có chân cắm 50 Hình 2.38 Sơ đờ ngun lý hoạt động cuả sản phẩm 52 Hình 3.1 Hình ảnh mặt trước cuả điều khiển 55 Hình 3.2 Vị trí dây kết nối sản phẩm với máy tính 55 Hình 3.3 Vị trí cuả dây cảm biến và nguồn điện 55 Hình 3.4 Sơ đờ nới dây tổng thể cuả sản phẩm 56 Hình 3.5 Mơ hình tưới tự động hoàn thiện 57 Hình 3.6 Bể chứa nước sau hoàn thiện 58 Hình 3.7 Mặt cuả bể chứa nước 58 Hình 3.8 Giao diện người dùng ở chế độ tự động 59 Hình 3.9 Giao diện người dùng ở chế độ thủ công 59 Hình 3.10 Giao diện cài đặt điều khiển tưới nước 60 Hình 3.11 Chương trình điều khiển chế độ tự động 61 Hình 3.12 Chương trình điều khiển chế độ thủ công 62 Hình 3.13 Mơ hình trờng rau mờng tơi 64 iv PHẦN A ĐẶT VẤN ĐÊ 1.1 Tính cấp thiết cuả khoá luận Trong quá trình phát triển khoa học kỹ thuật mà toàn thế giới chứng kiến, điện tử là ngành phát triển mũi nhọn, ứng dụng điện tử, tin học, viễn thông ngày lớn và ảnh hưởng sâu sắc đến sống và cách thức làm việc toàn xã hội Để phát triển các lĩnh vực tổng thể chung là ngành điện tử, vấn đề đo lường là vấn đề cần quan tâm và phát triển Các thiết bị hệ thống đo lường và điều khiển ghép nới với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, mức độ tự động hóa việc thu thập và xử lý các kết quả cả việc lập bảng thống kê và việc in giấy Ứng dụng tự động hoá sản xuất nông nghiệp là xu thế chung công nghiệp đại Trong đó, khâu tưới nước các nhà vườn là ví dụ điển hình Trước kia, việc tưới nước cho trồng phụ thuộc chủ yếu vào sức người, công việc này đòi hỏi phải chú ý quan sát tình trạng cuả để tưới nước đúng lúc, việc mang vác nước để tưới làm tăng thêm phần nặng nhọc cho người làm vườn Chưa kể các yếu tố môi trường thay đổi mà người khó có thể nhận kịp thời Việc tưới thiếu chính xác sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín cuả nhà vườn Ứng dụng công nghệ tưới nhỏ giọt tự động vào sản suất trồng sẽ làm giảm chi phí lao động, nâng cao suất, đảm bảo chất lượng, nâng cao suất so với chỉ sử dụng lao động thủ công Những hệ thống điều khiển tưới tự động thị trường chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài Sử dụng thiết bị và cơng nghệ nước ngoài có độ ổn định tương đối cao, nhiên giá thành lại quá đắt và chưa phù hợp với đặc điểm khí hậu cuả Việt Nam Hiện nay, nhiều hộ gia đình, nơng dân chưa đủ kinh phí đầu tư công nghệ nước ngoài rất mong đợi sự đời các hệ thống tưới sáng tạo phù hợp với thiết bị có Việt Nam Một giải pháp iv cho vấn đề là ứng dụng LabVIEW và Arduino vào thiết kế hệ thống tưới tự động Tuy nhiên, các nghiên cứu theo hướng này còn hạn chế, các đề tài lĩnh vực này chưa nhiều Khi sử dụng LabVIEW để điều khiển có thể quan sát cách chính xác độ ẩm đo đất, thế người sử dụng còn có thể biết các ́u tớ khác có liên quan nhiệt độ khơng khí và ánh sáng nhà vườn Các yếu tố tự nhiên mơi tường có ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình sinh trưởng cuả trờng Chính ưu điểm vượt trội phương pháp điều khiển trên, em quyết định lựa chọn đề tài:“ Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát cho mơ hình tưới tự động” cho khóa ḷn tốt nghiệp 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài triển khai, thực với mục tiêu là nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống điều khiển, giám sát cho mơ hình tưới tự động Hệ thớng hoạt động ổn định, bền bỉ, sản phẩm sấy có chất lượng đồng 1.3 Ý nghĩa cuả khoá luận 1.3.1 Ý nghĩa khoa học - Điều khiển và giám sát môi trường nhà vườn, với sai số nhỏ, đảm bảo thực chính xác theo yêu cầu kỹ thuật công nghệ đối với trồng nhà vườn - Bổ sung nguồn tư liệu nghiên cứu phục vụ cho quá trình học tập, giảng dạy, nghiên cứu khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng điều khiển, giám sát có thể ứng dụng thực tế sản xuất các nhà vườn với quy mô nhỏ và vừa - Khoá luận giúp sinh viên trải nghiệm thực tế quá trình thi cơng sản x́t và làm quen với việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn, biết cách sử dụng các thiết bị kĩ thuật iv PHẦN B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN VÊ VẤN ĐÊ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan các phương pháp điều khiển tưới Có thể chia phương pháp điều khiển tưới làm hai loại: - Điều khiển tưới thủ công là quá trình mà người nơng dân phải trực tiếp tác động đóng ngắt các thiết bị điện động lực và điều khiển vòi phun nước để tưới trồng - Điều khiển tưới tự động là quá trình mà các thiết bị điều khiển tự động đóng vai trò chủ đạo Trong quá trình điều khiển tưới tự động lại có thể chia thành nhiều phương pháp khác - Các phương pháp điều khiển có thể hệ thớng ở hình vẽ sau: Phương pháp điều khiển tưới Điều khiển tưới tư đông Điều khiển tưới thủ công Điều khiển sử dụng PLC Điều khiển sử dụng vi điều khiển Điều khiển kết hợp Arduino và phần mềm LabVIEW Hình 1.1 Hệ thống phương pháp điều khiển tưới iv 1.2 Một số thiết bị điều khiển tưới tự động 1.2.1 Thiết bị điều khiển tưới từ xa E-pump Hình 1.2 Hệ thống tưới từ xa E-pump EPP-018 a) Chức E-pump là thiết bị điều khiển từ xa qua điện thoại Eplusi Technology nghiên cứu phát triển, tích hợp chức gồm điều khiển qua gọi, điều khiển qua tin nhắn và cài đặt hẹn giờ bật/ tắt thiết bị Tất cả chỉ tích hợp bo mạch điện tử nhỏ gọn Với thiết bị nhỏ gọn này, chủ vườn có thể điều khiển từ xa các thiết bị máy bơm nước, đèn, quạt, thiết bị điện gia dụng cách gọi tới điện thoại hoặc nhắn tin SMS với số điện thoại cài đặt trước b) Đặc điểm kỹ thuật - Nguồn cấp: 220V điện pha Công suất tải tối đa điện pha: 5HP (5 mã lực) Điều khiển từ xa qua gọi hoặc tin nhắn SMS Cài đặt số điện thoại điều khiển và thời gian bật tắt thiết bị Giám sát trạng thái và dòng điện thiết bị sử dụng qua tin nhắn Khắc phục nhược điểm nhiều gọi hoặc tin nhắn sớ khác có thể điều hiển thiết bị 66 3.3 Kết quả chạy thử nghiệm và đánh giá 3.3.1 Hoạt động cuả hệ thống Hệ thống phần cứng và phần mềm sau hoàn chỉnh tiến hành cho chạy thử, kiểm nghiệm a) Các chỉ tiêu đánh giá Để sinh trưởng tớt và có suất cao, trồng cần ung cấp đủ yếu tố sau: dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ, không khí và nước Lượng nước đất ít hay nhiều có ảnh hưởng tới việc cung cấp dinh dưỡng, chế độ nhiệt, độ thoáng khí cuả đất và điều có ảnh hưởng tới sinh trưởng và suất cuả trồng Xác định thời điểm tưới thích hợp vừa tránh lãng phí nước, vừa đảm bảo nhu cầu nước cuả trồng Để đánh giá trạng thái nước đất làm sở cho việc điều tiết độ ẩm đới với trờng phải xác định các đại lượng đặc trưng ẩm cuả đất - Sức giữ ẩm đồng ruộng: là độ ẩm biểu thị lượng nước lớn nhất mà đất có thể giữ lại sau nước trọng lực thoát và khơng có sự ảnh hưởng cuả nước ngầm - Độ ẩm bão hoà: là độ ẩm ứng với trường hợp nước chứa đầy các khe rỗng cuả đất, đất bão hoà nước hoàn toàn - Độ ẩm héo: là độ ẩm đất mà rễ trồng không hút nước Đối với phần lớn trồng, áp lực hút nước cuả rễ là 15,2 bar, nếu áp lực hút nước cuả đất lớn giá trị này rễ sẽ khơng hút nước và khô héo - Điểm mao dẫn chậm và độ ẩm giới hạn dưới tưới nước: là độ ẩm đất mà sự vận động cuả nước mao quản giảm đi, dòng mao dẫn không đủ bổ sung nước cho trồng Tại điểm mao dẫn chậm, áp lực nước cuả đất thay đổi từ 1,23 đến 3,1 bar tuỳ theo loại đất - Điểm hút ẩm: là độ ẩm biểu thị lượng nước hút ẩm lớn nhất bao quanh các hạt đất Tại điểm hút ẩm, áp lực giữ nước cuả đất là 46,6 bar Xác định thời điểm cần tưới cho trồng: 67 - Bước 1: Xác định độ ẩm giới hạn dưới cho phép cuả đất canh tác Có thể dùng thiết bị Tenshiometer để xác định áp lực nước cuả đất - Bước 2: Theo dõi định kỳ độ ẩm đất ở khu vực trồng Nếu độ ẩm gần tới giới hạn dưới là lúc cần tưới nước b) Đối tượng thử nghiệm Các điều kiện kiểm tra dựa điều kiện sinh trưởng cuả rau mờng tơi Rau mờng tơi có thân mảnh, lá nhỏ và có màu xanh nhạt Rau mờng tơi rất dễ sớng và phát triển tớt, có thể trờng quanh năm và khơng cần phải chăm sóc nhiều, thời điểm thích hợp nhất để trồng rau mồng tơi là vào mùa xuân hè và hè thu Hình 3.57 Mô hình trồng rau mồng tơi Cây mồng tơi không chịu ngập úng vào điều kiện đất úng nước hay mưa nhiều Cây mồng tơi sẽ phát triển tốt nếu trồng ở các loại đất thịt nhẹ, đất thịt pha cát, có độ ẩm giới hạn dưới cho phép là khoảng 70% Mồng tơi là rau mùa hè, nhiệt độ thích hợp là 25- 30oC 68 c) Hệ thống hoạt động ở chế độ tự động Tiến hành thử nghiệm sản phẩm lần thứ nhất sau: - Cho hệ thống hoạt động liên tục ngày ở chế độ tự động - Đối tượng nghiên cứu là rau mồng tơi, giá trị độ ẩm để phát triển tốt nhất là 70%, nhiệt độ thích hợp là 25- 30oC - Trong giao diện cài đặt phần mềm, thay đổi các thông số;  Giá trị độ ẩm yêu cầu: Ổn định độ ẩm đất ở mức 70%  Nhiệt độ tối đa: Cây rau mồng tơi sinh trưởng tốt khoảng nhiệt độ dưới 300C  Nhiệt độ tối thiểu: Cây rau mồng tơi sinh trưởng tốt khoảng nhiệt độ 250C  Mực nước tối đa: Chiều cao nước tối đa bể chứa, đặt giá trị 18 cm  Mực nước tối thiểu: Chiều cao nước tối thiểu bể chứa mà bơm có thể hoạt động được, đặt giá trị cm - Bơm chỉ hoạt động thoả mãn đồng thời các điều kiện sau:  Độ ẩm đo thực tế nhỏ độ ẩm yêu cầu Độ ẩm đất không đảm bảo, đất bị khô, độ ẩm nhỏ 70% Khi độ ẩm đất đảm bảo hệ thống sẽ tự động ngưng  Nhiệt độ đo thực tế nằm khoảng từ nhiệt độ nhỏ nhất cho phép tới nhiệt độ lớn nhất cho phép để phát triển tốt nhất Nếu nhiệt độ tăng quá cao hoặc giảm sâu vượt ngưỡng giá trị đặt, điều kiện thời tiết phức tạp, hệ thống ngừng hoạt động  Độ sâu nước bể chứa phải nhỏ độ cao bể và lớn mức nước tối thiểu cho phép Nếu lượng nước quá lớn sẽ gây ngập máy bơm, phát sinh chập điện; nếu lượng nước thấp dưới mức đặt tối thiểu, lượng nước không đủ để máy bơm hoạt động - Khi thời tiết đảm bảo mức nhiệt độ và độ ẩm yêu cầu hệ thớng khơng cần bơm tưới - Hoạt động cuả sản phẩm đánh giá dựa theo kết quả ghi lại vào các thời điểm giờ sáng, 12 giờ trưa và 18 giờ tối - Ví dụ, lấy số liệu thời điểm giờ sáng ngày thứ nhất, giá trị độ ẩm đo từ cảm biến là 70%, giá trị này đạt yêu cầu; giá trị nhiệt độ đo 69 từ cảm biến là 22oC, giá trị này nhỏ nhiệt độ đặt tối thiểu; thời tiết đảm bảo, hệ thống bơm tưới sẽ không hoạt động Tại thời điểm 18 giờ tối cùng ngày, giá trị độ ẩm đo chỉ còn 67%, nhỏ mức độ ẩm yêu cầu; nhiệt độ đo là 25oC, mức nhiệt độ tối thiểu cho phép; đất thiếu nước, hệ thớng sẽ bơm trì độ ẩm yêu cầu - Sau là bảng ghi lại các giá trị đo và trạng thái hoạt động cuả hệ thống các thời điểm khác quá trình thử nghiệm Bảng 3.7 Bảng ghi lại thông số hoạt động tự động lần Thời điểm lấy mẫu kiểm tra Giá trị độ ẩm đo thực tế (%) Giá trị nhiệt độ đo thực tế (oC) Lượng nước còn lại bể chứa (cm) Trạng thái cuả hệ thống (Bật/ Tắt) Ngày Ngày giờ 12 giờ 18 giờ giờ 12 giờ 18 giờ 70 68 67 71 69 68 22 28 25 20 30 26 18 18 16 15 14 12 Tắt Bật Bật Tắt Tắt Bật Theo giá trị các thông số kiểm tra bảng trên, hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu ban đầu đặt ra, các giá trị đo phản ánh tình trạng thực tế nhà vườn Tiến hành thử nghiệm sản phẩm lần thứ hai sau: - Cho hệ thống hoạt động liên tục tuần ở chế độ tự động - Đối tượng nghiên cứu là rau mồng tơi, thay đổi giá trị độ ẩm đặt là 80%, nhiệt độ thích hợp là 25- 30oC - Trong giao diện cài đặt phần mềm, thay đổi các thông số;  Giá trị độ ẩm yêu cầu: Ổn định độ ẩm đất ở mức 80% 70  Nhiệt độ tối đa: Đặt giá trị nhiệt độ 300C  Nhiệt độ tối thiểu: Đặt giá trị nhiệt độ 250C  Mực nước tối đa: Chiều cao nước tối đa bể chứa, đặt giá trị 18 cm  Mực nước tối thiểu: Mức nước tối thiểu bể chứa, đặt giá trị cm - Bơm chỉ hoạt động thoả mãn đồng thời các điều kiện sau:  Độ ẩm đo thực tế nhỏ độ ẩm yêu cầu Độ ẩm đất không đảm bảo, đất bị khô, độ ẩm nhỏ 80% hệ thớng tưới hoạt động  Nhiệt độ đo thực tế nằm khoảng từ nhiệt độ nhỏ nhất cho phép tới nhiệt độ lớn nhất cho phép để phát triển tốt nhất  Độ sâu nước bể chứa phải nhỏ độ cao bể và lớn mức nước tối thiểu cho phép Nếu lượng nước quá lớn sẽ gây ngập máy bơm, phát sinh chập điện; nếu lượng nước thấp dưới mức đặt tối thiểu, lượng nước không đủ để máy bơm hoạt động - Khi thời tiết đảm bảo mức nhiệt độ và độ ẩm yêu cầu hệ thống không cần bơm tưới - Hoạt động cuả sản phẩm đánh giá dựa theo kết quả ghi lại vào các thời điểm giờ sáng, 15 giờ chiều cuả ngày đầu tiên, ngày thứ 3, ngày thứ và ngày cuối cùng cuả lần thử nghiệm này - Ví dụ, lấy số liệu ngày cuối cùng Vào lúc giờ sáng, giá trị độ ẩm đo là 76%, đất khô; giá trị nhiệt độ đo từ cảm biến là 26 0C, nằm giới hạn cho phép; lượng nước còn lại bể là cm, lớn mức nước tối thiểu; các yếu tố thoả mãn để hệ thống bơm nước hoạt động Vào lúc 15 giờ chiều, giá trị độ ẩm là 79%, đất khô; giá trị nhiệt độ đo từ cảm biến là 260C, nằm giới hạn cho phép; lượng nước còn lại bể là cm, nhỏ mức nước tối thiểu nên hệ thống tưới không hoạt động để đảm bảo an toàn cho hệ thống bơm nhỏ giọt - Sau là bảng ghi lại các giá trị đo và trạng thái hoạt động cuả hệ thống các thời điểm khác quá trình thử nghiệm Bảng 3.8 Bảng ghi lại thông số hoạt động tự động lần 71 Thời điểm lấy mẫu kiểm tra Ngày Ngày Ngày Ngày giờ 15 giờ giờ 15 giờ giờ 15 giờ giờ 15 giờ Giá trị độ ẩm đo (%) 70 65 75 80 78 81 76 79 Giá trị nhiệt độ đo (oC) 26 28 25 27 28 30 26 29 Lượng nước còn lại bể chứa (cm) 18 17 14 12 Trạng thái cuả hệ thống (Bật/ Tắt) Bật Bật Bật Tắt Bật Tắt Bật Tắt Theo giá trị các thông số kiểm tra bảng trên, hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu ban đầu đặt ra, các giá trị đo phản ánh tình trạng thực tế nhà vườn d) Hệ thống hoạt động ở chế độ thủ công Ở chế độ thủ cơng, người sử dụng có thể chủ động bật tắt hệ thống bơm cần thiết Trong chế độ thủ cơng các thơng sớ nhiệt độ môi trường, độ ẩm đất và lượng nước bể chứa vẫn hiển thị cho người dùng Bảng 3.9 Bảng thử nghiệm điều khiển hệ thống ở chế độ thủ công Lần tác động Trạng thái mong muốn Phản hồi cuả hệ thống Bật Bật Bật Bật 72 Tắt Bật Tắt Tắt Bật Tắt 3.3.2 Đánh giá chất lượng hoạt động - Quá trình hoạt động cuả hệ thống ổn định, không xuất lỗi śt quá trình chạy thử - Hệ thớng đo chính xác các thông số thực tế, hoạt động tốt ở cả chế độ tự động và thủ cơng - Mơ hình hệ thớng điều khiển đáp ứng đúng yêu cầu công nghệ đặt ra, vừa có thể quan sát các thơng sớ đo thực tế, vừa có thể điều khiển - Hệ thống phản hồi nhanh, đảm bảo điều kiện tốt nhất cho sự phát triển cuả trồng 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận - Bộ điều khiển, giám sát cho mơ hình tưới tự động hoàn thiện đảm bảo ý tưởng ban đầu đặt - Bộ điều khiển, giám sát chạy thử và đảm bảo hoạt động các điều kiện khác nhau, đạt đánh giá độ chính xác các điều kiện môi trường đo được, cho kết quả chính xác 99% - Mơ hình hệ thớng đảm bảo thực ở Việt Nam với các yêu cầu công nghệ hệ thống ngoài thực tế - Đạt yêu cầu hệ thống SCADA bao gồm:  Giám sát trạng thái cuả độ ẩm đất, nhiệt độ, lượng nước bể thông qua giao diện đồ họa LabVIEW  Điều khiển phần cứng từ giao diện LabVIEW máy tính  Cảnh báo trạng thái hệ thống để biết hệ thớng làm việc thế nào, nếu có sự cớ xảy cho ta biết vị trí lỗi - Bộ điều khiển, giám sát cho mô hình tưới tự động LabVIEW đạt kết quả yêu cầu đề 4.2 Hạn chế, tồn Hệ thớng sấy sau hoàn thành bên cạnh ưu điểm, hiệu quả kiểm nghiệm vẫn còn tờn sớ hạn chế sau: - Khơng thể quan sát hình ảnh thật cuả nhà vườn qua màn hình giám sát - Dây tín hiệu dài ảnh hưởng tới tính chính xác cuả kết quả đo - Số lần khởi động bơm nhiều 74 4.3 Kiến nghị, đề xuất giải pháp 4.3.1 Kiến nghị Để giải quyết hạn chế vẫn còn tờn tại, khóa ḷn cần có thêm thời gian để nghiên cứu và đưa phương hướng giải quyết Và khả tài chính còn hạn hẹp nên nhiều phận, thiết bị tạo thành hệ thống cho chất lượng chưa cao Kính mong lãnh đạo khoa Kỹ Tḥt Cơng Nghệ có phương án hỗ trợ mặt kinh phí, giúp cho đề tài có thêm lực tài chính để giải quyết mặt hạn chế còn tồn 4.3.2 Đề xuất giải pháp - Để khắc phục sai lệnh dây tín hiệu cần sử dụng loại dây có chớng nhiễu tốt hoặc thay thế giải pháp không dây - Cải thiện độ sai lệch tín hiệu phản hồi từ cảm biến cách thử nhiều vị trí lắp cảm biến nữa, để tìm vị trí hợp lý nhất làm giảm sự sai lệch tín hiệu - Sử dụng thêm các thiết bị khác nhằm tận dụng hết khả xử lí cuả máy tính Lắp thêm camera giám sát từ xa, cảm biến phát có người xâm nhập vườn - Khi áp dụng thực tế sản xuất cần kết hợp thêm với biến tần để giảm thiểu sớ lần đóng ngắt động bơm 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quốc Anh (2011), Tưới nhỏ giọt- giải pháp công nghệ cao nông nghiệp, < http://ahtp.hochiminhcity.gov.vn/web/hoat-dong-nghiencuu-ung-dung/tuoi-nho-giot-giai-phap-cong-nghe-cao-trong-nongnghiep> , xem 27/5/2011 [2] Nguyễn Bá Hải (2013), Cơ điện tử ứng dụng với LabVIEW, NXB Đại học quốc gia [3] Nguyễn Bá Hải (2013), Lập trình LabVIEW, NXB Đại học quốc gia [4] Đức Lê (2016), Điều khiển Arduino bằng LabVIEW- Một hướng mới, < http://arduino.vn/bai-viet/606-dieu-khien-led-bang-labview-vaarduino-mot-huong-di-moi > , xem 8/2/2016 [5] PGS.TS Nguyễn Đức Quý, TS Nguyễn Văn Dung (2006), Độ ẩm đất và tưới nước hợp lí cho trồng, Trung tâm nghiên cứu xuất bản sách và tạp chí, Nhà xuất bản Lao động xã hội 76 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phú Thọ, ngày tháng năm 2018 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Thị Thanh Hoà TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGHỆ - HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN HÀ MẠNH QUÂN TÊN KHÓA LUẬN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIÊU KHIỂN, GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH TƯỚI CÂY TỰ ĐỢNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: ĐH CNKT Điện- Điện tử Phú Thọ, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGGHỆ - HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN HÀ MẠNH QUÂN TÊN KHÓA LUẬN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIÊU KHIỂN, GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH TƯỚI CÂY TỰ ĐỢNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: ĐH CNKT ĐIỆN- ĐIỆN TƯ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS NGUYỄN THỊ THANH HOA Phú Thọ, 2018 ... sau: Phương pháp điều khiển tưới Điều khiển tưới tư đông Điều khiển tưới thủ công Điều khiển sử dụng PLC Điều khiển sử dụng vi điều khiển Điều khiển kết hợp Arduino và... kế chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát cho mơ hình tưới tự động” cho khóa luận tốt nghiệp 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài triển khai, thực với mục tiêu là nghiên cứu và chế. .. mềm LabVIEW Hình 1.1 Hệ thống phương pháp điều khiển tưới iv 1.2 Một số thiết bị điều khiển tưới tự động 1.2.1 Thiết bị điều khiển tưới từ xa E-pump Hình 1.2 Hệ thống tưới từ xa