Các công trình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, thì cũng có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài phát triển nông nghiệp trong nhà kính nhưng phần lớn vẫn đi sâu vào vấn đề đa dạng hóa giống cây trồng canh tác trong nhà kính hay ứng dụng tưới tiêu tiết kiệm nước cho cây trồng trong nhà kính là chính.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về nhà vườn và các tiêu chuẩn liên quan 2.1.1 Tổng quan về nhà vườn (nhà kính) thông minh:

a. Nhà vườn( nhà kính) thông minh là gì?

Nhà vườn (nhà kính) là một hệ thống cơ sở rất hữu ích và quan trọng trong việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao. Giúp quá trình canh tác không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường bất lợi. Bên cạnh đó nhà vườn (nhà kính) thông minh còn có khả năng tự động điều chỉnh các yếu tố sinh lý: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng...hay cả chế độ tưới nước cũng như các chất dinh dưỡng thích hợp với điều kiện phát triển của cây trồng trong từng giai đoạn phát triển, qua đó hạn chế các yếu tố gây hại cũng như mầm bệnh tác động đến cây trồng để đạt được năng suất hiệu quả kinh tế cao nhất cũng như đạt được các chi tiêu xuất khẩu.

Không chỉ dùng lại ở đó nhà vườn (nhà kính) thông minh còn cho phép kiểm soát đầy dủ và chặt chẽ hầu hết các thông số quá trình sản xuất, kể cả việc sử dụng tối ưu đất canh tác và sản lượng cây trồng trong thời vụ.

b. Các dạng nhà vườn( nhà kính) phổ biến hiện nay.

Nhà lưới: Là giải pháp chi phí thấp cho người trồng muốn tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, tiết kiệm đáng kể chi phí hoạt động (năng lượng, tưới nhỏ giọt, tưới phun, vv) ngăn ngừa bệnh của cây trồng với kinh phí đầu tư thấp.Nhà lưới là giải pháp trung gian nằm giữa so với cách trồng ngoài trời và nhà kính cho phép tối ưu để bảo vệ cây trồng chống lại sâu bệnh, bụi và gió.Nhà lưới là một giải pháp tốt cho khu vực nơi có sương giá. Lưới làm giảm đáng kể sự thoát nhiệt từ mặt đất và tạo một khí hậu khác so với môi trường bên ngoài, giúp cây trồng có điều kiện sống tốt ngay cả trong sương giá.Loại nhà này thích hợp cho điều kiện khí hậu nóng và khô. Cấu trúc nhà được bao phủ bởi các loại lưới chống côn trùng, lưới che nắng.

Loại nhà kính nhiệt đới: Cung cấp khả năng thông gió tối ưu cho khu vực nhiệt đới nơi mà mưa nhiều và độ ẩm cao. Thông gió mái cố định cho phép độ ẩm thoát ra khỏi nhà kính. Hình dạng của kèo cho phép truyền tải ánh sáng tối đa.

2.1.2 Các yếu tố được khai thác trong đề tài

Dựa trên các thông tin tìm kiếm được cung như thông qua khảo sát đê tài sẽ dựa trên các số liệu có được để tiến hành dựng lại mô hình nhà kính nhiệt đới có cấu tạo tương đương với cấu tạo của các nhà kính hiện có trong thực tế và đáp ứng đúng và đầy đủ những chỉ tiêu của của một nhà kính được nêu ở trên đây.

2.2 Đối tượng khảo sát và nghiên cứu của đề tài:

Qua khảo sát lấy ý kiến của các hộ dân đang canh tác nông nghiệp trong nhà vườn( nhà kính) ở thành phố Bảo Lộc, Lâm Đồng. Thì nhóm nhận thấy cây cà chua hiên là một loại nông sản có giá trị kinh tế cao cũng như được nhiều hộ dân canh tác nên nhóm quyết định chọn cây cà chua là đối tượng để tiến hành nghiên cứu chung cho đề tài.

Nhiệt độ: Cà chua ưa khí hậu ấm áp, khả năng thích nghi rộng, vì vậy được sản xuất nhiều nơi trên thế giới; cà chua chịu được nhiệt độ cao, nhưng vẫn mẫn cảm với giá rét. Cà chua sinh trưởng trong phạm vi nhiệt độ 15 – 35oC, hầu hết những giống cà chua trồng trọt sinh trưởng không bình thường khi nhiệt độ dưới 15oC và trên 35oC. Nhiệt độ thích hợp nằm trong giới hạn từ 22 – 24oC, giới hạn nhiệt độ tối cao và tối thấp đối với sinh trưởng nảy mầm, tốt ở nhiệt độ 25 – 30oC, tối ưu là 29oC, trong giới hạn nhiệt độ 15.5 – 29oC nhiệt độ càng cao hạt nảy mầm càng nhanh. Cây con sinh trưởng tốt trong điều kiện nhiệt độ 25 – 26oC, quả đậu tốt ở nhiệt độ 18 – 20oC và phát triển thuận lợi khi nhiệt độ 20 – 22oC, sắc tố hình thành ở nhiệt độ 20oC, trên 35oC sắc tố bị phân giải; quả chín ở nhiệt độ từ 24 – 30oC.

Cà chua qua giai đoạn xuân hoa có thể phân thành 3 loại: + Giai đoạn xuân hóa ở nhiệt độ 8 – 12oC.

+ Giai đoạn xuân hóa ở nhiệt độ 20 – 25oC.

+ Nhóm thứ 3 thuộc loại trung bình. Thời gian qua giai đoạn xuân hóa khoảng 9 – 10 ngày kể từ khi mọc.

Ánh sáng: Cà chua là loại cây trồng không phản ứng với độ dài ngày vì vậy nhiều giống cà chua có thể ra hoa ở điều kiện thời gian chiếu sáng dài hoặc ngắn (cây trung tính). Nếu nhiệt độ thích hợp thì cà chua có thể sinh trưởng, phát triển ở nhiều vùng sinh thái khác nhau. Nhiều tác giả cho rằng, tất cả các giống cà chua trồng trọt đều thông qua giai đoạn ánh sáng với chế độ chiếu sáng 11 – 13 giờ/ngày. Avakiam (1936 - 1967) nghiên cứu 25 giống cà chua trong nhà kính và 50 giống cà chua trên đồng ruộng đã đi đến kết luận: không có giống nào điển hình cho ngày ngắn và ngày dài. Vấn đề này đã được thực tiễn sản xuất ở nước ta kiểm chứng trong nhiều năm qua. Cà chua là cây ưa ánh sáng mạnh, ánh sáng đầy đủ cây con sinh trưởng tốt, cây ra hoa, đậu quả thuận lợi, năng suất và chất lượng quả tốt. Thiếu ánh sáng hoặc trồng trong điều kiện ánh sáng yếu làm cho cây yếu ớt, lá nhỏ, mỏng, cây vống, ra hoa, quả chậm, dẫn đến năng suất và chất lượng giảm, hương vị nhạt. Thiếu ánh sáng nghiêm trọng dẫn đến rụng nụ, rụng hoa; ánh sáng yếu ức chế quá trình sinh trưởng, làm chậm quá trình chuyển giai đoạn từ sinh trưởng dinh dưỡng đến sinh trưởng sinh thực. Ánh sáng yếu làm cho nhụy phát triển không bình thường, giảm khả năng tiếp thụ hạt phấn của núm nhụy. Cường độ ánh sáng thích hợp cho cây cà chua sinh trưởng và phát triển của cây cà chua là 4.000 – 10.000 lux. Ở giai đoạn của thời kỳ ra hoa cần chế độ chiếu sáng 9 – 10 giờ trở lên trong ngày. Ánh sáng đỏ làm tăng tốc độ phát triển của lá, hạn chế chồi nách phát triển, thúc đẩy quá trình hình thành sắc tố lycopen và coroten. Ánh sáng lục làm tăng hàm lượng chất khô một cách mạnh mẽ. Chất lượng, cường độ và thời gian chiếu sáng ảnh hưởng đến chất lượng quả, đặc biệt là thành phần hóa học.

Nước: Để tạo 1 tấn chất khô cà chua cần 570 – 600m3 nước, muốn có năng suất 50 tấn/ha cà chua cần lượng nước 6000m3/ha. Đất quá khô hạn hoặc thừa ẩm đều gây bất lợi cho cây cà chua, thiếu nước cây sinh trưởng còi cọc, quả chậm lớn, thiếu nước nghiêm trọng dẫn đến rụng nụ, rụng hoa. Nếu thừa ẩm, đặc biệt khi độ ẩm không khí cao (95%) làm cho cây sinh trưởng mạnh, lá mềm, mỏng, giảm khả năng chống chịu điều kiện bất thuận và sâu bệnh hại, hàm lượng nước trong quả chín cao, giảm nồng độ các chất hòa tan, không chịu được vận chuyển và bảo quản. Nhu cầu của cà chua đối với nước thay đổi trong quá trình sinh trưởng. Hạt cà chua cần lượng nước từ 325 – 364% so với khối lượng bản thân để nảy mầm, khi độ ẩm đất là 70% thì số lượng hạt nảy mầm đạt cao nhất và số

lượng cây giống đạt tiêu chuẩn cũng cao nhất. Độ ẩm đất thích hợp cho cà chua sinh trưởng và phát triển từ 70 – 80% và độ ẩm không khí 50 – 60%, khi độ ẩm không khí trên 60% cây cà chua dễ dàng bị nhiễm bệnh hại, đặc biệt là cây con.

2.2.2 Phương pháp canh tác cà chua trong nhà kính hiện nay.

a. Chuẩn bị một hỗn hợp đất tốt.

Sử dụng một hỗn hợp đất bầu tiêu chuẩn với các thành phần bằng đá trân châu, đất cát, và sphagnam than bùn và được điều chỉnh theo Ph phải bằng cách thêm 1 muỗng cà phê vôi cho mỗi gallon hỗn hợp đất. Ph điều chỉnh thích hợp theo cách này cho cà chua là tốt vì vôi là một nguồn canxi, ngăn ngừa thối cuống quả trong cà chua sau này. Làm ẩm hỗn hợp ban đầu từng chút một, sử dụng nước với B1. Nếu bạn kết hợp nó quá ẩm ướt, chỉ cần thêm một ít cát khô và trộn lại.

Hình 2.1: Trồng cà chua trong nhà kính.

b. Bắt đầu gieo hạt giống

Bắt đầu với một khay ươm thường xuyên đầy đủ các hỗn hợp đất như trên. Hạt giống cà chua nên được trồng sâu khoảng 1/4 inch, và khoảng 8 hạt /1 inch. Bạn phải giữ cho chúng khỏi bị khô. Hạt giống cà chua nảy mầm tốt nhất ở mức 80 độ F, và trong 5 đến 12 ngày. Những mầm tươi nên được giữ 4-6 inches dưới ánh sáng huỳnh quang. Ánh sáng nên được giữ trên 18 đến 24 giờ một ngày. Khi chúng cao 1 1/2 inch, cẩn thận cấy ghép chúng vào chậu hoặc trồng ra đất

c. Giữ cho cà chua dưới 2 hoặc 3 bóng đèn huỳnh quang trong 18-24 giờ hàng ngày. Nhiệt độ lý tưởng cho sự phát triển là 70-75oF vào ban ngày và 65-67oF vào ban đêm. Sau 6 đến 8 tuần, bạn nên sẵn sàng để xem chúng đậu quả.

d. Làm quen với cách buộc nở hoa ở thực vật

Một số cà chua ra hoa trong 60 ngày và những người khác phải mất tới 80 ngày. Để làm được việc này, trong hai tuần đầu tiên, bạn cho loại phân bón 10-52-70 hoặc tương tự. Mỗi khi chúng cần nước, cung cấp cho chúng lượng khoảng 800 ppm. Phần thời gian còn lại của mùa vụ, bón cho chúng 16-16-16 hoặc tương tự ở 800 ppm.

e. Thụ phấn cho những bông hoa hàng ngày trong khi chúng được giữ ấm áp và ẩm ướt. Lý tưởng nhất, độ ẩm sẽ là 65 đến 70%. Người trồng trong nhà kính thường làm điều này

từ 11:30-12:30 (buổi trưa) khi các điều kiện trên xảy ra một cách tự nhiên. Hoa cà chua gồm hai phần. Các bao phấn đực sẽ thả phấn hoa. Các lá noãn cái sẽ bắt phấn hoa. Bao phấn đực sản xuất phấn hoa ở bên ngoài của bao phấn, làm cho nó dễ dàng để giải phóng phấn hoa vào trong gió cho quá trình thụ phấn. Tuy nhiên, trong cây cà chua, phấn hoa được sản xuất nội bộ, như thể bị mắc kẹt trong một ống hút. Đây là vấn đề lớn nhất đối với sự thụ phấn cà chua. Cây cần được rung động ở tần số đúng, để đánh bật và thả phấn hoa.( Nguồn: Mangnhakinh.vn)

2.3 Các chỉ tiêu kĩ thuật của khu vườn thông minh 2.3.1 Chỉ tiêu về ánh sáng 2.3.1 Chỉ tiêu về ánh sáng

Đảm bảo cường độ, thời gian sáng theo yêu cầu của từng loại cây trồng khác nhau , ánh sáng phải đều khu vườn để đảm bảo tốt cho cây trồng, không phân bố chỗ sáng, chỗ tối không đều nhau. Ngoài ánh sáng tự nhiên ta còn có ánh sáng đèn điện để đảm bảo cho các loại cây trồng cần số giờ sáng trong ngày lớn, nguồn sáng này được điều chỉnh tự động thông qua hệ thống hoặc điều khiển từ xa thông qua điện thoại.

2.3.2 Chỉ tiêu độ ẩm đất

Đảm bảo được độ ẩm theo yêu cầu của các loại cây trồng khác nhau. Nguồn nươc được cung cấp khi nhận được tín hiệu từ cảm biến đo độ ẩm đất ở ngưỡng thích hợp, tránh tình trạng thiếu nước làm ảnh hưởng đến sinh trưởng của các loại cây trồng. Nguồn nước được bơm tự động hoặc bằng tay.

2.3.3 Chỉ tiêu độ ẩm không khí

Đảm bảo độ ẩm không khí cho cây trồng phù hợp để tránh tình trạng độ ẩm quá cao không tốt cho cây trồng, nếu thấp quá cũng ảnh hưởng đến cây trồng. Độ ẩm được điều chỉnh thông qua máy tạo hơi nước và quạt.

2.3.4 Chỉ tiêu nhiệt độ

Nhiệt độ trong vườn thay đổi được theo từng loại cây trồng khác nhau, có thể tự động điều chỉnh theo nhiệt độ mong muốn đặt trước hay điều khiển từ xa thông qua tin nhắn.

2.3.5 Chỉ tiêu về an toàn

Phải đảm bảo được cảnh báo khi có sự cố xảy ra như cảm biến tại mộ vị trí nào đó bị hỏng, hay nguồn nước cung cấp cho cây trồng bị cạn, nhiệt độ trong vườn vượt ngưỡng cho phép mà hệ thống không tự điều chỉnh được. Những sự cố này được cảnh báo với chủ vườn thông qua tin nhắn hoặc gọi điện.

2.4 Các thành phần của khu vườn thông minh

Hệ thống vườn thông minh cơ bản được chia ra làm 3 phần như sau:

Bộ xử lý trung tâm: Được thiết kế dạng tủ bao gồm các thiết bị chính: 1 board arduino, các mạch xử lý, 1 nguồn chính và 1 nguồn dự phòng.

Thiết bị đầu vào: -Cảm biến siêu âm.

11 -Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm không khí. -Cảm biến đo độ ẩm đất.

-Cảm biến đo cường độ ánh sáng. Thiết bị đầu ra:

-Bơm nước. -Quạt gió. -Bóng đèn

2.5 Nguyên lý hoạt động.

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống vườn thông minh.

Nguyên lý hoạt động:

Chọn chế độ auto: Ở chế độ này thì vi điều khiển trung tâm sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và đưa ra giải pháp cho phù hợp theo chương trình lập trình như cây tại vị trí nào đó bị thiếu nước thì nước sẽ được tự động bơm vào, nhiệt độ trong vườn tăng thì bơm không khí ở ngoài vào để giảm nhiệt, độ ẩm giảm thì bật máy tạo hơi nước để đưa về độ ẩm thích hợp hay vào những ngày trời âm u thì cường độ ánh sáng cần cho cây bị thiếu thì sẽ được bật đèn để tăng cường độ ánh sáng.

Chọn chế độ manual thì ta có thể bật tắt từng thiết bị như đèn, quạt, bơm.

2.6 Arduino mega 2560

2.6.1 Giới thiệu chung về Arduino

Arduino thật sự đã gây sóng gió trên thị trường cho mảng người dùng tự chế ra sản phẩm riêng của mình trên thế giới trong vài năm gần đây. Sự phát triển của Arduino được ví giống sự thành công cùa điện thoại thông minh Apple trong thị trường thiết bị số. Số lượng người dùng lớn và số lượng các ứng dụng được phát triển từ Arduino cao đã làm cho ngay cả những người sáng lập ra cũng ngạc nhiên.

Hình 2.3: Những thành viên sáng lập.

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII). Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên.Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.

Đặc trưng của cây cà chua

Giới thiệu chung về Arduino