TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam có điều kiện thuận lợi để phát triển nuôi tôm, với sản lượng tôm nước lợ đạt 556 nghìn tấn tính đến 15/9/2020 Tuy nhiên, thành công này cũng đặt ra thách thức cho người nuôi, đặc biệt là các hộ nuôi theo phương pháp thủ công Tình trạng bệnh tôm diễn biến phức tạp, gây thiệt hại kinh tế lớn, chủ yếu do môi trường nước không ổn định Nhiều hộ nuôi chưa theo dõi chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước như nhiệt độ, nồng độ pH và độ đục, dẫn đến hiện tượng tôm chết hàng loạt.
Để người nuôi có thể theo dõi chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước như độ đục, độ trong, nhiệt độ và nồng độ pH trong hồ nuôi, việc sử dụng các thiết bị đo lường hiện đại là rất cần thiết Bên cạnh đó, việc thiết lập hệ thống cảnh báo tự động sẽ giúp các hộ nuôi điều chỉnh kịp thời các yếu tố môi trường này, đảm bảo sức khỏe và năng suất của thủy sản.
Chúng tôi đề xuất nghiên cứu và phát triển mô hình nuôi tôm bán tự động nhằm hỗ trợ các hộ nuôi tôm thủ công giải quyết những vấn đề hiện tại Mô hình này được thiết kế với chức năng giám sát, cho ăn tự động và điều chỉnh các yếu tố môi trường để tối ưu hóa điều kiện nuôi tôm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thiết kế, thi công mô hình quản lý ao nuôi tôm gồm các mục tiêu cụ thể:
Để tối ưu hóa sự sinh trưởng của tôm, việc nắm rõ các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ đục và độ pH là rất quan trọng Những điều kiện này ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển và sức khỏe của tôm, giúp người nuôi có thể điều chỉnh môi trường nuôi phù hợp nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong quá trình nuôi trồng.
Sử dụng các linh kiện chính cho mô hình bao gồm: ESP32, ESP32-CAM, cảm biến pH, cảm biến độ đục, cảm biến nhiệt độ, động cơ VDC,
Nghiên cứu và tạo ra thành công hệ thống tự động đo các yếu tố: nhiệt độ, độ pH, độ đục môi trường nước tại hồ nuôi
Tự động cho ăn, kéo máng, chụp ảnh máng ăn và vận hành thiết bị khi đến thời gian thiết lập trước
Ứng dụng hiển thị giá trị các yếu tố môi trường đo được, điều khiển từ xa các thiết bị vận hành bằng điện thoại.
NỘI DUNG THỰC HIỆN
Với yêu cầu của đề tài thì nhóm đưa ra các nôi dụng cần thực hiện như sau:
Nội dung bài viết tập trung vào việc tìm hiểu cấu tạo phần cứng và nguyên lý hoạt động của các module như ESP32 và ESP32-CAM, cũng như các thiết bị khác như động cơ servo, cảm biến DS18B20, cảm biến độ đục và cảm biến ph Các thành phần này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng IoT và tự động hóa, giúp nâng cao hiệu suất và tính năng của hệ thống.
NỘI DUNG 2: Giao tiếp giữa ESP32 với các module cảm biến
NỘI DUNG 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực
NỘI DUNG 4: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị thông qua điện thoại
NỘI DUNG 5: Thiết kế mô hình sảm phẩm
NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.
GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Giới hạn của đề tài bao gồm:
Kích thước mô hình 60× 30 ×60 cm
Chỉ giám sát ba yếu tố môi trường nuôi là độ đục, độ pH và nhiệt độ
Mô hình có hệ thống quạt và hệ thống cho ăn tự động
Gửi dữ liệu và giám sát lên ứng dụng điện thoại khi có kết nối internet
Chỉ sử dụng ngôn ngữ là tiếng Anh và tiếng Việt
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng Quan
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
Cơ Sở Lý Thuyết
Việt Nam có điều kiện thuận lợi để phát triển thủy hải sản, đặc biệt là nuôi tôm, với sản lượng tôm nước lợ đạt 556 nghìn tấn tính đến 15/9/2020 Tuy nhiên, thành tựu này cũng đặt ra thách thức lớn cho người nuôi tôm, đặc biệt là các hộ nuôi theo phương pháp thủ công Tình trạng tôm bệnh diễn biến phức tạp, gây thiệt hại kinh tế đáng kể, chủ yếu do sự thay đổi môi trường nước không phù hợp với sinh vật nuôi Hầu hết các hộ nuôi tôm thủ công chưa theo dõi chính xác các yếu tố môi trường như nhiệt độ, nồng độ pH, và độ đục của nước, dẫn đến tình trạng tôm chết hàng loạt.
Để người nuôi theo dõi chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước như độ đục, độ trong, nhiệt độ và nồng độ pH trong hồ nuôi, cần áp dụng các công nghệ hiện đại và thiết bị đo lường tự động Việc sử dụng cảm biến và hệ thống giám sát sẽ giúp người nuôi nắm bắt thông tin kịp thời, từ đó có thể điều chỉnh các yếu tố môi trường một cách hiệu quả và nhanh chóng, đảm bảo sự phát triển tối ưu cho thủy sản.
Chúng tôi đề xuất nghiên cứu "Thiết kế và thi công mô hình nuôi tôm bán tự động" nhằm hỗ trợ các hộ nuôi tôm thủ công giải quyết các vấn đề hiện tại Mô hình này sẽ tích hợp chức năng giám sát, cho ăn và điều chỉnh các yếu tố môi trường, đảm bảo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của tôm nuôi.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
Thiết kế, thi công mô hình quản lý ao nuôi tôm gồm các mục tiêu cụ thể:
Để đảm bảo sự sinh trưởng của tôm, cần tìm hiểu các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ đục và độ pH Những điều kiện này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa sự phát triển của tôm Việc nắm bắt và điều chỉnh các yếu tố này sẽ giúp nâng cao hiệu quả nuôi trồng tôm.
Sử dụng các linh kiện chính cho mô hình bao gồm: ESP32, ESP32-CAM, cảm biến pH, cảm biến độ đục, cảm biến nhiệt độ, động cơ VDC,
Nghiên cứu và tạo ra thành công hệ thống tự động đo các yếu tố: nhiệt độ, độ pH, độ đục môi trường nước tại hồ nuôi
Tự động cho ăn, kéo máng, chụp ảnh máng ăn và vận hành thiết bị khi đến thời gian thiết lập trước
Ứng dụng hiển thị giá trị các yếu tố môi trường đo được, điều khiển từ xa các thiết bị vận hành bằng điện thoại
Với yêu cầu của đề tài thì nhóm đưa ra các nôi dụng cần thực hiện như sau:
Nghiên cứu về cấu tạo phần cứng và nguyên lý hoạt động của module ESP32 và ESP32-CAM, cũng như tính năng của động cơ servo và các cảm biến như DS18B20, cảm biến độ đục và cảm biến ph là rất quan trọng Những thiết bị này không chỉ cung cấp thông tin chính xác mà còn giúp tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng IoT.
NỘI DUNG 2: Giao tiếp giữa ESP32 với các module cảm biến
NỘI DUNG 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực
NỘI DUNG 4: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị thông qua điện thoại
NỘI DUNG 5: Thiết kế mô hình sảm phẩm
NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện
1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Giới hạn của đề tài bao gồm:
Kích thước mô hình 60× 30 ×60 cm
Chỉ giám sát ba yếu tố môi trường nuôi là độ đục, độ pH và nhiệt độ
Mô hình có hệ thống quạt và hệ thống cho ăn tự động
Gửi dữ liệu và giám sát lên ứng dụng điện thoại khi có kết nối internet
Chỉ sử dụng ngôn ngữ là tiếng Anh và tiếng Việt
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong bài báo cáo này, nhóm đã trình bày một cách logic nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận kiến thức, phương thức và hoạt động của hệ thống Bài báo cáo được chia thành 6 chương để tổ chức nội dung một cách rõ ràng và mạch lạc.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương 3: Thiết Kế Và Tính Tóan Hệ Thống
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Chương này giới thiệu lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn về thông số và cấu trúc của đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình
Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá trình bày những kết quả đạt được sau thời gian nghiên cứu, bao gồm một số hình ảnh minh họa cho hệ thống Phần này cũng đưa ra những nhận xét và đánh giá tổng thể về hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Trình bày những kết luận về những phần làm được và chưa làm được của hệ thống, đồng thời đưa ra hướng phát triển cho hệ thống
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.1 Đặc tính sinh trưởng của tôm a Ảnh hưởng của độ PH đến sự phát triển của tôm
Nồng độ pH đóng vai trò quan trọng đối với đời sống của thủy sinh vật, đặc biệt là tôm Khi nồng độ pH quá cao hoặc quá thấp đều gây ra những ảnh hưởng bất lợi đến sự phát triển của tôm Hầu hết các loài tôm phổ biến thích nghi ở mức pH từ 7,5 đến 8,5 Nếu độ pH giảm xuống dưới 6 hoặc tăng lên trên 9,5, tôm sẽ chết rất nhanh.
Nhiệt độ là yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến sự sống của thủy sinh vật, đặc biệt là tôm Mỗi loài thủy sản có ngưỡng nhiệt độ thích hợp riêng, với tôm phát triển nhanh nhất ở khoảng 27℃, trong khi nhiệt độ lý tưởng dao động từ 25-32℃ Biến động nhiệt độ đột ngột từ 7-10℃ có thể gây chết tôm Nhiệt độ nước ao nuôi thường phụ thuộc vào nhiệt độ không khí nhưng thay đổi chậm hơn, do đó, việc duy trì độ sâu mực nước từ 1,2-2m là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực của nhiệt độ đến tôm.
Độ đục trong ao nuôi tôm chủ yếu do các chất lơ lửng, chất keo vô cơ và hữu cơ, cũng như thực vật phù du gây ra Độ đục quá cao (độ trong thấp 60cm), ao sẽ trở nên nghèo dinh dưỡng, khiến tôm nhạy cảm, sợ hãi và bỏ ăn, trong khi sinh vật phù du phát triển kém sẽ hạn chế nguồn thức ăn tự nhiên cho tôm, dẫn đến giảm năng suất Do đó, độ đục lý tưởng cho ao nuôi tôm là từ 30-45cm.
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ d Một số ảnh hưởng khác
Ngoài ra, một số yếu tố khác như độ mặn, nồng độ oxy trong nước cũng ảnh hưởng phần nào đến sự phát triển của tôm
2.1.2 Mô tả quy trình giám sát ao nuôi
Một ao nuôi tôm thường có diện tích từ 1000m2 đến 2000m2 và độ sâu từ 1.2m đến 1.6m, với mật độ nuôi dao động từ 120-300 con/m2 Thời gian nuôi tôm trong một vụ thường kéo dài từ 2 đến 3 tháng Trong ao, có từ 5 đến 10 cánh quạt gắn với mô tơ, cùng với máy cho ăn và mô-tơ kéo máng ăn Để điều chỉnh nồng độ pH, có ba phương pháp chính là đánh vôi, đánh đường và xả nước Ngoài ra, quy trình giám sát tự động với các giá trị được cài đặt trước cũng được áp dụng để đảm bảo hiệu quả nuôi tôm.
Nhiệt độ trên- dưới, đảm bảo biên độ nhiệt độ cho tôm phát triển tốt
Độ pH trên - độ pH dưới, đảm bảo điều kiện sống tốt cho tôm phát triển
Độ đục trên và dưới trong ao nuôi tôm đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự thông thoáng và cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cho tôm Người nuôi có thể dễ dàng theo dõi các chỉ số của ao và điều khiển thiết bị nuôi tôm trực tiếp qua điện thoại, giúp tối ưu hóa quá trình nuôi trồng.
Hiện nay, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ như LM35, DS18B20, DHT11 và DHT22 Trong số đó, cảm biến DS18B20 nổi bật với thiết kế dây mềm, cho phép truyền nhận dữ liệu qua một dây duy nhất Đặc biệt, cảm biến này còn có khả năng chống nước và chống ẩm, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng.
Sơ đồ chân của DS18B20 loại dây : chân 1: nối GND, chân 2: chân tín hiệu, chân 3: nối VCC như hình sau:[3]
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Điện áp sử dụng: 3~5.5VDC
Chuẩn giao tiếp: Digital TTL 1-Wire
Khoảng nhiệt độ đo được: -55~125°C
Độ chính xác (sai số): ±0.5°C
Độ phân giải: 9~12 bit (có thể thiết đặt)
Thời gian phản hồi < 750ms
Dây cảm biến DS18B20 có thiết kế chống nước dài 1m, được bảo vệ bởi vỏ thép chắc chắn Để giao tiếp với cảm biến này, vi xử lý cần thực hiện theo 2 bước chuẩn.
Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DS18B20, sau đó DS18B20 xác nhận lại
Khi đã giao tiếp được với DS18B20, Cảm biến sẽ gửi dữ liệu và nhiệt độ đo được
