ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 MỤC LỤC NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 1 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Danh sách bảng biểu trong báo cáo NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 2 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Danh sách hình vẽ trong báo cáo NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 3 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU THÔNG MINH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 Đặt vấn đề Đã từ lâu đời, người nông dân Việt Nam đã đúc kết 4 yếu tố quan trọng để sản xuất nông nghiệp hiệu quả, cây trồng sinh trưởng tốt và có năng suất cao là: Nước – Phân – Cần – Giống Trong đó, nước là yếu tố quan trọng hàng đầu – liên quan đến tưới nước và tiêu nước, sau đó mới đến phân bón – liên quan đến dinh dưỡng và độ phì nhiêu của đất, kế tiếp là cần – liên quan đến sức lao động, công chăm sóc vụ mùa và yếu tố quan trọng sau cùng mới đến giống – liên quan đến nguồn gốc và loại cây trồng Sở dĩ, nước là yếu tố quan trọng hàng đầu vì nó giúp cho đất và cây trồng phát triển Đất cần phải có nước mời duy trì sự sống của vi sinh vật trong đất, bảo tồn độ phì nhiêu, tơi xốp của đất trồng Cây trồng cần nước mới sống và phát triển Trong thực vật nước chiếm trên 70% trọng lượng nước Ngoài ra, nước giúp cho sự cân bằng nhiệt và độ ẩm trong đất và vùng không khí gần mặt đất Việc kiểm soát lượng nước vừa đủ, không thiếu – không thừa là một trong những kỹ thuật canh tác nông nghiệp Khi thiếu nước, đất và cây trồng bị khô héo, phải tưới bổ sung Ngược lại, khi thừa nước, đất và cây trồng bị úng ngập, phải tiêu thoát ra ngoài Thêm vào đó nước ta là một nước nhiệt đới cận xích đạo, khí hậu nóng ẩm, cùng với đường bờ biển dài hơn 3200km nên tiềm năng về năng lượng mặt trời và năng lượng gió là vô cùng lớn So với nhưng dạng năng lượng khác, gió và mặt trời là hai dạng năng lượng dễ khai thác nhất Tổng quát, kỹ thuật kiểm soát lượng nước cho cây trồng, bao gồm công việc tưới và các hệ thống sử dụng năng lượng tái tạo đi kèm là cơ sở khoa học của hệ thống tưới – tiêu thông minh sử dụng năng lượng tái tạo Do đó chúng em đã quyết định chọn đề tài:” Nghiên cứu hệ thống tưới thông minh sử dụng năng lượng tái tạo” 1.2 Khái niệm về hệ thống tưới tiêu thông minh sử dụng năng lượng tái tạo 1.2.1 Khái niệm về hệ thống tự động Hệ thống tự động là hệ thống bao gồm quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên các hệ thống điều khiển các quá trình xảy ra trong thên nhiên, cuộc sống mà không có sự điều khiển giám sát của con người NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 4 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hiện nay, hệ thống tự động rất phổ biến, chúng ta có thể thấy nó xuất hiện trong nhiều lĩnh vực, có thể kể đến một số hệ thống rất phổ biến hiện nay: - Hệ thống quạt, điều hòa, tủ lạnh - Hệ thống chuông báo giờ học - Hệ thống tín hiệu đèn giao thông - Hệ thống đèn đường - Hệ thống tưới cây tự động… Trong công nghiệp: - Các dây chuyền tự động - Các hệ thống điều khiển robot - Các hệ thống phát hiện sản phẩm lỗi, hỏng - Các hệ thống đóng nắp chai tự động… 1.2.2 Khái niệm về tưới tiêu thông minh “Hệ thống tưới - tiêu thông minh” là một công trình nhân tạo sử dụng chủ yếu cho nông nghiệp, nhằm mục đích giúp con người chủ động cung cấp nước đầy đủ theo nhu cầu phát triển của cây trồng, đồng thời hệ thống cũng giúp cho việc tiêu thoát nước hợp lý giúp cho cây trồng không bị nguy hại do ngập úng Hệ thống tưới tiêu thông minh là một trong những cơ sở vật chất hạ tầng của nông nghiệp và nông thôn Hệ thống giúp cho mùa màng phát triển ổn định, hạn chế những sự thất thường của thời tiết và điều kiện tự nhiên liên quan đến nguồn nước và cây trồng Là hình thức tưới cung cấp nước một cách tự động hóa cho cây trồng Một số hình thức của tưới tiêu thông minh như tưới nhỏ giọt, tưới phun sương, tưới phun mưa, Hệ thống tưới được tự động bằng một hệ thống điều khiển bằng cách mạch điện tử với các thiết bị cảm biến nhiệt, cảm biến độ ẩm của đất để có thể lên lịch tưới một cách tự động hoặc do người dùng lên lịch tưới NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 5 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 1.1: Hệ thống tưới tiêu thông minh 1.3 Thực trạng hiện nay và tầm quan trọng của hệ thống tưới tiêu thông minh sử dụng năng lượng tái tạo 1.3.1 Thực trạng hiện nay Hiện nay, việc sử dụng hệ thông tưới tiêu thông minh và năng lượng tái tạo đã trở nên phổ biến ở khắp các quốc gia trên thế giới nhất là đối với các quốc gia có khí hậu nhiệt đới như Việt Nam Đã có rất nhiều hệ thống tưới tiêu thông minh ra đời để phục vụ cho việc tăng năng suất và phát triển nông nghiệp Theo đó cũng có rất nhiều nguồn năng lượng tái tạo ra đời để phục vụ cho các mục đích sử dụng năng lượng khác nhau Nhưng để kết hợp được nguồn năng lượng tái tạo với mục đích cung cấp năng lượng cho hệ thống tưới tiêu thì lại rất ít phát triển ở Việt Nam Việc kết hợp được nguồn năng lượng tái tạo lại với mục đích tưới tiêu mang ý nghĩa rất lớn trong giai đoạn phát triển hiện nay khi mà chúng ta đang hướng tới những nguồn năng lượng sạch, những nguồn năng lượng vô tận Điều này không chỉ góp phần tiết kiệm điện năng mà còn giúp việc tưới tiêu hoa màu của người nông dân dễ dàng hơn, giảm chi phí sản xuất, giải phóng sức lao động và bảo vệ môi trường 1.3.2 Tầm quan trọng của hệ thống tươi tiêu thông minh sử dụng năng lượng tái tạo Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơ giới hóa và điện khí hóa Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử, tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 6 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 về muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng và giá thành Trong thực tiễn áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ đem lại những hiệu quả không nhỏ cho phép giảm nhanh giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất, hiện đại thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh đáp ứng yêu cầu sản xuất Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng sản xuất mà còn ứng dụng phục vụ đời sống con người Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại hay công việc tinh vi hiện đại Còn trong đời sống con người những công nghệ này ứng dụng phục vụ nhu cầu sống Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta 1.4 Ứng dụng tự động trong tưới tiêu cho cây trồng Mặc dù tự động hóa áp dụng từ rất lâu trong việc tưới tiêu xong chỉ áp dụng phát triển mạnh ở một số nước có nền kinh tế phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông nghiệp chiếm tỷ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc cưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay đã được sự giúp đỡ của nước ngoài và các nước đang phát triển đã dần dần đưa tự động hóa vào sản xuất, đặc biệt là các nước Đông Nam Á trong đó có Việt Nam chúng ta Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu của vi điện tử và công nghệ thông tin đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu trong mọi lĩnh vực cho bất kỳ quốc gia, vùng lãnh thổ trên thế giới 1.5 Các nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước 1.5.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu về hệ thống tưới cây tự động: Đầu năm 80 Liên Xô đã chế tạo loại máy ứng dụng trong nông nghiệp khi làm việc Máy này quan sát được độ ẩm của thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí và sức gió Nó có thể xác định phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 7 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây thích hợp những công nghệ tự động mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có thể tự động ngắm vòi phun, lượng nước và sản xuất lưới để tự động tưới nước cho cây theo lịch trình tính toán dựa trên phân tích dữ liệu đầu vào Ứng dụng năng lượng tái tạo trong nông nghiệp được phổ biến rộng rãi ở một số quốc gia phát triển, tiêu biểu là Israel Hệ thống tưới thông minh nhỏ giọt của Israel có nhiều ưu điểm, nổi trội nhất đó là tiết kiệm nước Các hệ thống tưới thông minh sử dụng năng lượng tái tạo đã được thương mại hóa, nhưng với giá thành cao Bộ điều khiển tưới cây tự động của Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu của người sử dụng chỉ cần vài thao tác, cung cấp một nguồn nước đầu vào và dẫn các dấu nước dưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tiên tiến Hình 1.2: Hệ thống tưới thông minh nhỏ giọt của Israel 1.5.2 Các nghiên cứu trong nước Trong những năm gần đây, chính phủ có những chính sách thúc đẩy phát triển nông nghiệp theo hướng hiện đại hóa Do vậy, các sản phẩm thông minh ứng dụng trong nông nghiệp như hệ thống tưới cũng rất được quan tâm Một số hệ thống tưới thông minh sử dụng năng lượng tái tạo cũng đã được nghiên cứu, phát triển và thương mại hóa NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 8 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Bên cạnh một số ưu điểm như hoạt động tin cậy, tiện dụng thì các hệ thống tưới thông minh sử dụng năng lượng tái tạo vẫn còn một số hạn chế như lượng nước tiết kiệm được còn thấp, cách tính chọn tấm pin còn chưa tối ưu và giá thành còn khá cao Ở nước ta có nhiều nghiên cứu ứng dụng hệ thống tự động và cuộc sống ở các trường đại học chuyên ngành kỹ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thống tưới cây tự động do sinh viên thực hiện tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục Hệ thống phun tưới đa năng - một công trình nghiên cứu khoa học của hai giảng viên cao đẳng công nghiệp Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị chính của hệ thống gồm một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được ngày đẹp ở màng trồng hoa, hệ thống điều khiển lập trình trên S7 1200 Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất và nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần tưới nước tín hiệu này sẽ đưa tới PLC Tại đây các chức năng cưới được cài đặt từ trước sẽ hoạt động và tự ngừng khi cảm biến báo đạt yêu cầu về thông số nhiệt độ, độ ẩm Hình 1.3: Hai tác giả Lê Văn Luận và Lê Đình Hiếu thử nghiệm ứng dụng trên nhà màng trồng hoa lan của gia đình ông Lê Văn Lự NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 9 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 1.6 Khái niệm chung và phân loại các dạng năng lượng tái tạo 1.6.1 Khái niệm các dạng năng lượng tái tạo Hình 1.4: Năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo (Renewable energy) là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa, hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (ví dụ như năng lượng mặt trời), hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục ( ví dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên trái đất Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm, không đóng góp vào sự nóng lên của khí hậu toàn cầu, hiệu ứng nhà kính Vì các nguồn năng lượng này là tự nhiên nên chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp Tuy nhiên, một hạn chế chung cho tất cả các nguồn năng lượng tái tạo là rất khó khăn để sản xuất ra một sản lượng điện lớn, đồng thời là công nghệ mới nên chi phí đầu tư ban đầu là rất lớn 1.6.2 Phân loại các dạng năng lượng tái tạo NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 10 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 3.4: Pin mặt trời công suất 55Wp Các thông số kỹ thuật của tấm PV: - Điện áp hoạt động 18,5V; Dòng hoạt động 2,92A Kích thước 635*540*35mm Trọng lượng: 4,5 kg Chất liệu pin: Monocrytalline Silicon Bảo hành: 25 năm Chất liệu khung: Hợp kim nhôm Tiêu chuẩn: ISO9001/14001, CE/TUV Nhiệt độ làm việc: -400C ÷850C * Góc nghiêng của mặt trời khi lắp đặt Góc nghiêng lắp đặt (φ: là vĩ độ nơi lắp đặt) Vị trí của Hà Nội là khoảng 140 vĩ độ Bắc nên góc nghiêng của pin mặt trời sẽ là: = 240 3.3 Tính chọn ắc quy Vì đây là mô hình thí nghiệm nên chúng em sẽ lựa chọn ắc quy loại nhỏ để tiện cho việc vận chuyển cũng như giảm chi phí đề tài Chúng em sẽ chọn dung lượng ắc quy đủ cho 4h sử dụng công suất tối đa của phụ tải ( P = 30W) Ắc quy được chọn là loại ắc quy 12VDC có dung lượng được tính theo công thức: NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 75 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội C= NCKH SINH VIÊN 2018 P t H.U (7) Trong đó: C : dung lượng của ắc quy (Ah) P : công suất của phụ tải H : hiệu suất của ắc quy , H = 0,9 U : điện áp của ắc quy, U = 12VDC t : Thời gian sử dụng, t = 4h Từ đó suy ra dung lượng của ắc quy là: = = 11,1 Ah Chọn Ắc quy hãng Atlasbx, có dung lượng C=45Ah, 12VDC Hình 3.5: Ắc quy dung lượng 45Ah 3.4 Thiết kế mạch sạc pin mặt trời 3.4.1 Hình ảnh mạch thực tế Theo như lý thuyết đã nói ở chương 2, chúng em đã mô phỏng và thiết kế mạch in như hình bên dưới Mạch đóng cắt và tạo xung PWM: MOSFET IRF 9540, TRANSISTOR 2N3904 NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 76 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 3.2: Mạch in PWM Hình 3.6: Module tạo xung PWM Khối cấp nguồn cho mạch : Module buck DC-DC 12v to 5vdc Hình 3.7: Module cấp nguồn cho mạch Bộ xử lý trung tâm : Arduino nano v3.3: NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 77 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 3.8: Module xử lý trung tâm Màn hình hiển thị: LCD 20x4 Hình 3.9: Màn hình LCD 20x4 3.5 Thiết kế mạch nghịch lưu Hình 3.10: Mạch in bộ nghịch lưu NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 78 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 3.11: Module nghịch lưu 3.6 Thiết kế mạch đóng cắt và tủ điện AP TO MAT PIN MAT TROI AUTO MANUAL 12 RL0 4 9 VI XU LY RL0 ON 9 5 RL3 13 RL2 14 RL0 RL2 L4 12 12 8 8 RL2 12 13 9 9 RL1 5 5 RL2 L2 L3 4 Loading 14 5 BO ÐKS 13 RL1 OFF RL3 L1 14 AC QUI DC AC RL0 12 8 ÐONG CO 12 8 Hình 3.12: Nguyên lý của hệ thống Nguyên lí hoạt động: - Để hệ thống bắt đầu hoạt động ta đóng Ap tô mát Lúc này, trên mạch điều khiển cuộn hút RL1 được cấp điện tác động đóng tiếp điểm RL1 9-5 trên mạch lực kết nối pin mặt trời và bộ điều khiển sạc Quá trình sạc được thực hiện thông qua bộ điều khiển sạc NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 79 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 - Hệ thống có 2 lựa chọn điều khiển bơm nước là AUTO (tự động) và MANUAL ( bằng tay) qua núm xoay + Khi xoay núm ở chế độ MANUAL: Tiếp điểm MANUAL trên mạch điều khiển đóng vào Khi muốn hệ thống bơm nước hoạt động, ta ấn ON Lúc này, trên mạch điều khiển cuộn hút RL0 được cấp điện, đóng tiếp điểm thường mở RL0 9-5 duy trì cuộn hút và mở tiếp điểm thường đóng RL0 12-4, ngắt điện khỏi cuộn hút RL1 nên trên mạch lực mở tiếp điểm RL1 9-5 ngắt pin mặt trời để ngắt sạc ắc quy đồng thời tiếp điểm RL0 12-8 đóng lại cấp điện cho máy bơm hoạt động Khi muốn hệ thống bơm nước dừng hoạt động ta ấn OFF, cuộn hút RL0 mất điện và cuộn hút RL1 có điện trở lại, quay lại quá trình sạc và dừng máy bơm Hệ thống bơm nước hoạt động theo ý muốn người sử dụng + Khi xoay núm sang chế độ AUTO: Tiếp điểm AUTO đóng lại và cấp điện cho cuộn hút RL2 Lúc này trên mạch điều khiển đóng tiếp điểm thường mở RL2 9-5 kết nối vi xử lí với RL3 ( là rơ le cấp tín hiệu cho hệ thống bơm nước), trên mạch điều khiển tiếp điểm thường đóng RL2 12-4 mở ra ngắt điện RL1 Trên mạch lực tiếp điểm RL1 9-5 mở ra và đóng tiếp điểm RL2 12-8 kết nối pin mặt trời với bộ điều khiển sạc Quá trình sạc và điều khiển hệ thống bơm nước dựa vào vi xử lí và các cảm biến độ ẩm đất (sensor) Khi độ ẩm đất không đạt yêu cầu, tín hiệu từ cảm biến đưa về vi xử lí, vi xử lí sẽ cấp tín hiệu cho RL3 tác động đóng tiếp điểm RL3 trên mạch điều khiển cấp điện cho cuộn hút RL0, đồng thời cấp tín hiệu cho bộ điều khiển sạc tự động ngắt sạc Cuộn hút RL0 có điện đóng tiếp điểm RL0 12-8 trên mạch lực cấp điện cho động cơ hoạt động Khi độ ẩm đất đạt yêu cầu thì vi xử lí nhận tín hiệu từ cảm biến và cấp tín hiệu ngắt điện khỏi cuộn hút RL3 mở tiếp điểm RL3 ra ngắt điện khỏi cuộn hút RL và dừng máy bơm Quay lại quá trình sạc thông qua bộ điều khiển sạc Quá trình diễn ra hoàn toàn tự động 3.7 Vận hành hệ thống Mô phỏng đề tài trên PLC S7-1200 và WinCC RT Professional Sau khi chúng em viết chương trình trên PLC và thiết kế giao diện WinCC sẽ tiến hành chạy chương trình với mục đích mô phỏng được cách thức hoạt động của hệ thống NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 80 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 3.13: Giao diện màn hình chính Giao diện thiết kế gồm 3 màn hình: Màn hình chính, màn hình tự động và màn hình bằng tay Chọn màn hình điều khiển tự động ấn nút Auto screen Hình 3.14: Hệ thống ở chế độ Auto Bước 1: Đặt giá trị điện áp cho Pin mặt trời, giới hạn điện áp sạc cho ắc quy và độ ẩm thích hợp cho cây trồng NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 81 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Hình 3.15: Đặt các thông số cho hệ thống Bước 2: Ấn Start hệ thống hoạt động Điện áp ắc quy được so sánh với điện áp của Pin mặt trời, nếu điện áp ắc quy nhỏ hơn thì hệ thống tiến hành sạc Điện áp sạc cho ắc quy được giới hạn bởi giá trị đặt, giá trị lớn nhất là 13.5V và nhỏ nhất là 9V Khi điện áp được sạc đầy hệ thống ngắt sạc và đèn báo đầy sang nhấp nháy trong 5s, tương tự khi ắc quy cạn đèn báo sáng và hệ thống tiến hành sạc Hình 3.16: Hệ thống ở chế độ sạc Bước 3: Ấn nút Auto Hệ thống ngắt sạc NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 82 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 Giá trị độ ẩm đưa về từ cảm biến được so sánh với giá trị đặt ban đầu, nếu độ ẩm của một trong ba cảm biến nhỏ hơn giá đặt thì sẽ cấp điện cho động cơ, động cơ bơm nước từ bồn nước và tiến hành tưới Giá trị độ ẩm và điện áp ắc quy được hiện thị lần lượt trên bảng hiện thị Hệ thống tưới ngừng hoạt động khi giá trị độ ẩm tại ba cảm biến đạt trong ngưỡng giá trị đặt Hình 3.17: Hệ thống chế độ tưới Bước 4: Ấn Stop hệ thống ngừng hoạt động 3.8 Kết luận Qua nghiên cứu khoa học này, chúng em muốn nhấn mạnh rằng, sử dụng năng lượng tái tạo là một xu hướng của tương lai trong mọi lĩnh vực của đời sống Đặc biệt, các ứng dụng trong nông nghiệp đang được quan tâm Xu thế chuyển đổi từ sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu lửa, …) sang sử dụng năng lượng tái tạo là bước chuyển hướng của nhân loại sang lối sống khác, đó là lối sống Xanh Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý, ngược lại với các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia Việc đưa vào sử dụng nguồn năng lượng Xanh này nhanh và có hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu và có hiệu quả lợi ích về kinh tế Thêm vào đó, việc sử dụng hệ thống tưới cây tự động cũng đã trở nên phổ biến, chúng không những tạo nên những hình thái đẹp mà còn đáp ứng nhu cầu nước của NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 83 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 cây Chúng đóng góp cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ngành nông nghiệp công nghệ cao Một hệ thống tưới tự động có rất nhiều lợi ích mà có thể chúng ta chưa hề nghĩ tới, đặc biệt là vào mùa khô Cho dù chúng ta đang quan tâm tới vấn đề gì thì cũng có rất nhiều những lý do để lắp đặt một hệ thống tưới tự động Trong nghiên cứu lần này Chúng em đã sử dụng được nguồn năng lượng xanh – năng lượng tái tạo với bộ tưới tiêu tự động Hệ thống bao gồm: Pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, ắc qui, bộ chuyển đổi nguồn, máy bơm, hệ thống đường ống dẫn nước,arduino Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời tạo ra điện năng để cấp điện cho hệ thống bơm tự động Arduino có chức nhận tín hiệu từ cảm biến để diều khiển bơm tưới tiêu cho cây trồng sao cho phù hợp với độ ẩm của đất Đã có rất nhiều bộ tưới thông mình được áp dụng trong thực tế, cũng như việc sử dụng năng lượng tái tạo để sử dụng làm nguồn năng lượng sạch cũng không ít Nhưng để kết hợp được hai vấn đề lại thì có rất ít Và với kiến thức có được, lần này chúng em đưa ra hướng giải quyết để có thể kết hợp năng lượng sạch để tưới tiêu tự động trong nông nghiệp Sau quá trình tìm hiểu cũng như nghiên cứu thì kết quả cuối cùng chúng em có được mô hình tưới tiêu tự động sử dụng năng lượng tái tạo đã tương đối hoàn thành như mục tiêu đề ra ban đầu Mô hình của nhóm đáp ứng được phần nào yêu cầu của một hệ thống tưới Như việc: • Tiết kiệm nước, hệ thống tưới tự động có thể giúp giảm 60% lượng nước so với tưới thủ công, điều này giúp tiết kiệm nước sạch cũng như chi phí nước hàng tháng • Tạo giá trị cho công trình: cảnh quan của một công trình chiếm 20% tổng giá trị công trình Một hệ thống tưới tốt và đúng cách thì làm cảnh quan thêm thu hút và từ đó tạo ra giá trị cao cho công trình đó • Tiết kiệm thời gian: thời gian là tiền bạc và vô cùng quý giá Một hệ thống tưới thông minh có thể thay chúng ta chăm sóc cây cối sân nhà, vườn tược, thời gian đó chúng ta có thể chăm sóc gia đình hay thực hiện những ý tưởng sáng tạo • Tiết kiệm được nhân công so với tưới thủ công Mặc dù đã có nhiều lợi ích mang lại từ hệ thống tưới này, tuy nhiên vì kiến thức còn hạn hẹp, thời gian nghiên cứu ngắn và chi phí cho hệ thống là không nhỏ Nên chúng em mới dừng được ở mức độ mô hình, mà chưa đưa lên một hệ thống có công suất lớn để phục vụ tưới tiêu cho một khu vực rộng lớn nhằm mang lại hiệu quả nông NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 84 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 nghiệp cũng như lợi ích kinh tế cho người nông dân Để thành một hệ thống hoàn thiện và mang lại hiệu quả thật sự chúng em rất mong những ý kiến đóng góp từ thầy cô NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 85 Trường Đại học Công nghiệp Hà nội NCKH SINH VIÊN 2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: NASA 2008: Surface meteorology and Solar Energy, A renewable energy resource web site ( release 6.0) sponsored by NASA’s Earth Science Enterprise Program [2]: Matthew Wheeland – Pure Energies Magazine – September 15, 2014 [3]: Tidalenergytoday.com - Feb 17, 2015 [4]: Global wind statistics 2015 – www.gwec.net – Feb 10,2016 [5]: 2016 Annual U.S & Global Geothermal Power Production Report – geoenergy.org – March 2016 [6]: http://www.altenergymag.com [7]: www.statista.com NHÓM SINH VIÊN ĐH ĐIỆN 1 K9 86 ... if(doam1