Đặc điểm thực vật học:
Rễ: Hệ thống rễ chùm, rễ phát triển ở độ sâu cách mặt đất khoảng 30 cm.
Thân: Thuộc loại cây thân thảo, sống đa niên, thân ngắn với nhiều lá mọc rất gần nhau. Chồi nách được mọc từ nách lá, tuỳ vào điều kiện mơi trường và đặc tính ra hoa của từng giống, các chồi nách có thể phát triển thành thân nhánh, thân bò hoặc phát hoa. Lá: Lá có hình dạng, cấu trúc, độ dày và lượng lông tơ thay đổi tùy theo giống. Hầu hết các giống dâu tây đều có lá kép với 3 lá chét, một số giống có lá kép với 4 hoặc 5 lá chét. Mép lá có răng cưa. Cuống lá dài, cuống lá thường có màu trắng khi lá cịn non và chuyển sang màu đỏ của đất khi lá già.
Hoa: Phân chia thành nhiều nhánh, mỗi nhánh có một hoa. Hoa có 5 cánh tràng mỏng, màu trắng, hơi trịn. Hoa lưỡng tính, có 25-30 nhị và 50-500 nhụy. Dâu tây là loài giao phấn nhưng thơng qua hình thức tự thụ phấn để gia tăng tần suất các gen mong muốn và tạo ra một số lồi.
Quả: là một loại quả giả do đế hoa phình to, quả thật nằm ở bên ngồi quả giả. Quả có hình bầu dục, quả non có màu xanh lục, khi quả chín, quả có màu hồng hoặc màu đỏ tuỳ từng giống. Quả Dâu tây có mùi thơm, vị ngọt lẫn vị chua.
Yêu cầu về điều kiện ngoại cảnh:
Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng và phát triển từ 18-220C. Ánh sáng cần thiết cho cây dâu tây sinh trưởng và phát triển, cường độ ánh sáng mạnh thì mới sinh trưởng mạnh, thiếu ánh sáng thường ảnh hưởng đến khả năng ra hoa kết quả. Độ ẩm cần thiết cho sự phát triển của cây dâu tây trên 84%, ẩm độ khơng khí cao và mưa kéo dài thường gây bệnh cho cây. Cây dâu tây thích hợp với loại đất thịt nhẹ, hàm lượng chất hữu cơ cao, đất giữ ẩm nhưng thoát nước tốt. Đất có hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ giúp cho cây dâu tây phát triển tốt, đạt năng suất cao và kéo dài thời gian thu hoạch quả.
Những tác dụng của loại quả này và tính kinh tế khi trồng dâu tây nên nhóm em quyết định chọn dâu tây thí điểm cho mơ hình tự động chăm sóc cây trồng.
2.2 Lựa chọn phương án chiếu sáng
Khi điều kiện tự nhiên khơng thuận lợi thì việc cung cấp đủ ánh sáng cho cây quang hợp là điều cần thiết. Do vậy ánh sáng của đèn điện là rất cần thiết, nó khơng chỉ cung cấp ánh sáng mà còn phòng trừ sâu bệnh, … Có các loại đèn như
Đèn led
Đèn led nơng nghiệp là loại đèn led hồn toàn khác biệt với đèn led chiếu sáng thông thường. Đèn led nông nghiệp là loại đèn led chuyên dụng chiếu đúng các bước sóng phổ cho cây trồng quang hợp, đèn chiếu các bước sóng phổ nằm trong dải từ 380- 750nm.
Cây trồng chỉ hấp thụ hai dải ánh sáng chính làm dải ánh sáng màu xanh dương(425nm-475nm) và dải ánh sáng đỏ (620nm-730nm) cho việc quang hợp. Vì vậy đèn led nơng nghiệp sẽ chiếu ra đúng ra hai dải bước sóng phổnày để cho cây trồng quang hợp, như vậy ánh sáng của đèn led nông nghiệp phát ra được cây trồng hấp thụ hoàn toàn nên rất hữu ích cho cây trồng đồng thời cũng tối ưu hóa điện năng tiêu thụ mà đèn phát ra, khơng bị lãng phí như những loại đèn chiếu sáng thơng thường khác.
Ưu điểm:
LED có dải quang phổ hẹp, nên cây có thể hấp thụ hầu hết ánh sáng phát ra. Có thể chế tạo được dải bước sóng bất kỳ.
Tuổi thọ rất cao.
Hiệu suất phát sáng cao, tỏa ít nhiệt nên giảm chi phí tiền điện máy lạnh trong các trại giống.
LED có đế bằng kim loại, che phủ bằng plastic nên chịu lực tác động tốt hơn, không bị nứt, bể khi trời mưa hoặc nhiệt độ thay đổi đột ngột như các loại bóng khác có vỏ bằng thủy tinh (đèn sợi đốt, đèncompact…).
Nhược điểm:
Giá thành cịn cao hơn nhiều so với các cơng nghệ chiếu sáng khác (gấp 3-5 lần). Bà con nơng dân khó tiếp cận được với cơng nghệ này.
Khơng có nhiều nhà sản xuất tham gia vào lĩnh vực này. Hầu hết các đèn có trên thị trường sử dụng các tỉ lệ bước chung cho tất cả các loại cây và các giai đoạn, chưa có đèn chuyên dụng cho từng loại cây, từng giai đoạn sinh trưởng dẫn đến hiệu quả chiếu sang chưa được tối ưu.
Đèn sợi đốt
Đèn sợi đốt cịn gọi là đèn nung sáng, là một loại bóng đèn dùng dây tóc là bộ phận chính để phát ra ánh sáng thơng qua vỏ thủy tinh trong suốt. Các dây tóc của đèn được bảo vệ bên ngoài bằng một lớp thủy tinh trong suốt hoặc mờ đã được rút hết khơng khí và bơm vào các khí trơ. Đèn sợi đốt cịn gọi là đèn nung sáng, là một loại bóng đèn dùng dây tóc là bộ phận chính để phát ra ánh sáng thơng qua vỏ thủy tinh trong suốt. Các dây tóc của đèn được bảo vệ bên ngoài bằng một lớp thủy tinh trong suốt hoặc mờ đã được rút hết khơng khí và bơm vào các khí trơ.
Chi phí đầu tư khá rẻ.
Bóng đèn duy trì liên tục, ánh sáng tự nhiên, khơng bị ngắt hoặc giảm cường độ sáng khi sử dụng kéo dài như các loại bóng huỳnh quang.
Nhược điểm:
Tỏa nhiệt gây khơ, nóng khó chịu cho người dùng, khi ngồi học hay làm việc sẽ bị khó chịu, chóng mệt mỏi, nhức mắt, bị chói lóa bởi ánh sáng không phủ đều trên một mặt phẳng.
Tiêu hao điện năng nhiều, vì tới 80% điện năng chuyển thành nhiệt. Độ bền thấp, khơng thích hợp di chuyển các vị trí vì dễ làm đứt dây tóc.
Như vậy dựa vào thích ứng của cây cũng như các yêu cầu thì đèn led có những ưu điểm vượt trội phù hợp cho việc cung cấp ánh sáng khi mà điều kiện tự nhiên khơng thuận lợi.
2.3. Phương án kiểm sốt độ ẩm
Các hệ thống tưới tự động phổ biến hiện nay
Hệ thống tưới tự động ngày càng trở nên phổ biến, chúng giúp tiết kiệm nước,chi phí nhân cơng và thời gian. Đồng thời chúng giúp ổn định, cung cấp đủ lượng nước cho cây trồng, tránh tình trạng khơ hạn hay ngập úng gây ảnh hưởng đến cây trồng. Hệ thống tưới tự động bao gồm ba phương pháp tưới chính là nhỏ giọt, phun mưa và phun sương.
Hệ thống tưới nhỏ giọt
Tưới nhỏ giọt là dạng tưới tiết kiệm nước, nước nhỉ ra từng giọt hoặc một tia rất nhỏ đều đặn với lưu lượng có kiểm sốt(vài lít/giờ)để cung cấp cho bộ rễ cây trồng.
Ưu điểm:
Hệ thống tưới nhỏ giọt tiết kiệm 30 – 60% lượng nước. Hiệu suất tưới nước có thể trên 90%.
Hệ thống tưới nhỏ giọt có thể khống chế tối đa độ sâu tạo ẩm. Nhờ tưới vừa phải và dưới đất nên sâu bệnh và cỏ dại bị hạn chế phát triển.
Hệ thống tưới nhỏ giọt có thể hịa tan thêm phân bón dạng nước và thuốc bảo vệ thực vật, điều này cũng góp phần tiết kiệm và tránh lãng phí phân bón và nước. Hệ thống tưới nhỏ giọt khơng gây ra hiện tượng xói mịn đất, khơng tạo nên
Hệ thống tưới nhỏ giọt tiết kiệm công sức, thời gian lao động, tiết kiệm nhân công lao động so với các phương pháp khác thường phải tưới vịng quanh rất tốn cơng sức.
Hệ thống tưới nhỏ giọt duy trì chế độ ẩm thích hợp theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng công nghiệp, cây trồng công nghiệp, tạo điều kiện thuận lợi về chế độ khơng khí, nhiệt độ, độ ẩm, thức ăn, quang hợp… cho cây trồng. Nhờ đó, cây sinh trưởng tốt, phát triển nhanh, đạt năng suất cao. Nhược điểm:
Hệ thống tưới nhỏ giọt thường dễ bị nghẽn do việc xử lý cặn trong nước khơng hồn tồn tốt. Do đó lọc là bộ phận rất quan trọng và cần phải kiểm tra thường xuyên.
Tưới nhỏ giọt khơng có khả năng làm mát cây và cải tạo vi khí hậu như tưới phun mưa, khơng có khả năng rửa lá giúp cây quang học tốt.
Phải tốn nhiều công sức và thời gian để kiểm tra và bảo trì hệ thống tưới.
Nhiều nơi khó áp dụng phương pháp này do bị chuột và một số loài gặm nhấm khác phá hoại.
Hệ thống tưới phun sương
Ưu điểm
Giảm công tướt, thời gian so với lao động thơng thường gấp chục lần.
Có thể sử dụng chung với phân bón lá, thuốc bảo vệ thực vật trong quá trình tưới và đảm bảo tưới cách đều và hiệu quả hơn
Tiết kiệm nước đáng kể, tưới phun sương có thể cho phép tưới chính và diện tích cần tưới với đúng lưu lượng yêu cầu, và đảm bảo tính hiệu quả của lượng nướctưới.
Bề mặt lá đều được tưới và làm sạch bụi bám trên lá rất hữu ích cho sinh trưởng phát triển của cây. Điều hồ tiểu khí hậu (chống nóng, lạnh, sương muối cho cây trồng).
Cơng nghệ tưới nước phun sương rất phù hợp với những loại cây mềm, yếu, hoa đang thụ phấn, tránh được dập nát.
Nhược điểm:
Phải tốn nhiều công sức và thời gian để kiểm tra và bảo trì hệ thống tưới.
Hệ thống tưới phun sương thường dễ bị nghẽn do việc xử lý cặn trong nước khơng hồn tồn tốt. Do đó lọc là bộ phận rất quan trọng và cần phải kiểm tra thường xuyên.
Hệ thống tưới phun mưa. Hệ thống tưới phun mưa
Ưu điểm:
Có thể sử dụng chung với phân bón lá, thuốc bảo vệ thực vật trong quá trình tưới và đảm bảo tưới cách đều và hiệu quả hơn
Tiết kiệm nước đáng kể, tưới phun có thể cho phép tưới chính xác diện tích cần tưới với đúng lưu lượng yêu cầu, và đảm bảo tính hiệu quả của lượng nước tưới. Điều này rất quan trọng đối với những khu vực hay hạn hán và ngập mặn như các tỉnh miền trung và miền tây.
Thoả mãn yêu cầu sinh lý của cây trồng về nước cũng như lớp đất có bộ rễ cây hoạt động, và bề mặt lá đều được tưới và làm sạch bụi bám trên lá rất hữu ích cho sinh trưởng phát triển của cây. Điều hồ tiểu khí hậu (chống nóng, lạnh, sương muối cho cây trồng).
Có thể thực hiện trên vùng đất dốc, địa hình phức tạp. Chiếm ít diện tích đất, và có thể áp dụng với các loại đất khác nhau.
Công nghệ tưới nước phun mưa rất phù hợp với những loại cây mềm, yếu, hoa đang thụ phấn, tránh được dập nát.
Nhược điểm
Chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng hệ thống tưới tương đối lớn, người sử dụng cũng phải có hiểu biết nhất định về kỹ thuật và quản lý.
Chất lượng tưới phun mưa phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (vận tốc và hướng gió). Với vận tốc gió V > 5,6m/ giây phải ngừng phun tưới để tránh sự phân bố không đều.
Từ các phương pháp tưới tự động được đưa ra có thể thấy phương pháp tưới phun sương và tưới nhỏ giọt mang lại ưu điểm vượt trội như tiết kiệm điện, tiết kiệm nước. Ngồi kiểm sốt độ ẩm cịn có thể kiểm sốt nhiệt độ mơi trường bên trong nhà
kính, phù hợp với đa số các loại cây trồng. Từ đó nhóm chọn phương pháp tưới phun sương và tưới nhỏ giọt cho mơ hình.
2.4. Phương án điều khiển nhiệt độ
Hệ thống kiểm sốt nhiệt độ trong nhà màng là hệ thống đặc biệt cần thiết với nhà màng nông nghiệp, đặc biệt là ở các vùng địa lý có khí hậu biến đổi liên tục theo mùa. Hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động trong nhà màng được thiết kế để giúp người trồng tối đa hóa năng suất cây trồng và giúp bảo tồn nguồn nước và tiết kiệm năng lượng vận hành cho nhà màng.
Hệ thống thơng gió là khía cạnh quan trọng nhất của quản lý môi trường trong nhà màng. Các cây trồng có thể được tạo điều kiện ánh sáng hồn hảo và cung cấp đầy đủ nhất các chất dinh dưỡng, nhưng nếu khơng có mộ thệ thống thơng gió hoạt động tốt chúng chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng và không đạt đến hiệu quả tối đa. Hệ thống thơng gió cho nhà kính phục vụ cùng bốn mục đích rất quan trọng: kiểm sốt nhiệt độ, kiểm sốt độ ẩm, khơng khí lưu thơng, và bổ sung CO2.
Với những tính năng vượt trội của hệ thống làm mát và thơng gió trong nhà màng, đảm bảo nhu cầu thực tế, khoa học. Hơn nữa với tính chính xác kịp thời sẽ đảm bảo năng suất chất lượng cây trồng luôn cao và ổn định. Phương án điều khiển nhiệt độ bằng hệ thống thơng gió sử dụng quạt là phương án tối ưu cho mơ hình.
2.5. Phương pháp điều khiển ánh sáng
Đối với sự quang hợp, thực vật phản ứng mạnh với ánh sáng màu xanh và đỏ, và màu đỏ và bước sóng ánh sáng hồng ngoại cho phản ứng tăng trưởng chu kỳ sáng và kiểm soát nảy mầm. Cường độ, thời gian, định hướng và chất lượng quang phổ của ánh sáng bức xạ mà cây nhận có ảnh hưởng đến quang hợp, hoa , phản ứng khí hậu (nhiệt độ và mất nước ), và hình dạng thực vật ( photomorphogenisis ).
Ánh sáng tốt cho quá trình quan hợp; khoảng 90-95% năng suất cây trồng là do quang hợp. Tuy nhiên mức độ nhiều hay ít cịn tùy vào giống cây như phong lan cần giảm 60% che cắt nằng.
Vì vậy, cần có thiết bị lưới che nắng có khả năng bun hoặc cuốn lại phù hợp thời tiết trong từng ngày. Chính vì vậy chúng em chọn lưới đen che nắng kết hợp với dàn tự động có thể kéo lưới che phủ khi cường độ ánh sáng quá lớn hay thu vào khi cường độ ánh sáng yếu.
+Lưới đen che nắng được làm từ nhựa HDPE, những sản phẩm cao cấp hơn thì có phủ thêm chất UV để hạn chế tia cực tím.
+Với đặc tính nhựa HDPE dai bền, kháng thời tiết tốt thì Lưới Đen che nắng có thời gian sử dụng thường 3-5 năm, nếu có thêm chất UV thì thời gian dùng có thể lên 6-7 năm.
2.6 Phương pháp điều khiển, giám sát hệ thống
Với những mục đích mà đề tài cần đạt được ta có thể sử dụng nhiều phương pháp nhằm giải quyết vấn đề điều khiển tự động chăm sóc cây như là Arduino, vi điều khiển, PLC.
Đối với PLC, giá thành cao, địi hỏi người dùng phải có chun mơn, chính vì vậy gặp khó khăn trong việc bảo trì sửa chữa, thay thế. Thích hợp dùng trong các nhà máy xí nghiệp
Đặc trưng của tất cả các Arduino hiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thơng dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm. Mơi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật. Và quan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là cực kỳ lớn là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động. Vì vậy lựa chọn Arduino là phương pháp tối ưu nhất cho hệ thống tự động chăm sóc, giám sát cây trồng.
2.7 Hệ thống cấp nguồn.
Năng lượng điện mặt trời
Ưu điểm
1. Khả năng tái tạo: Điện mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt… là những nguồn nhiên liệu không thể phục hồi
2. Sự phong phú, dồi dào: Tiềm năng của năng lượng mặt trời là rất lớn - mỗi ngày, bề mặt trái đất được hưởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W).
3. Nguồn cung bền vững và vô tận: Năng lượng mặt trời là vô tận, dư thừa để đáp