hệ thống điều khiển chăm sóc cây trồng

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHĂM SÓC CÂY TRỒNGTHỰC HIỆN BÁO CÁO:I.Đặt vấn đề - Tìm hiểu về quy trình sản xuất: bao gồm chọn hạt giống tốt, cách gieo hạt nảy mầm, chăm sóc, tưới nước, bón phân hợ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHĂM SÓC CÂY TRỒNG

THỰC HIỆN BÁO CÁO:

I.Đặt vấn đề

- Tìm hiểu về quy trình sản xuất: bao gồm chọn hạt giống tốt, cách gieo hạt nảy mầm, chăm sóc, tưới nước, bón phân hợp lý => tìm được người tiêu dùng khi sản phẩm đến mùa thu hoạch

- Sử dụng nhà màng nông nghiệp trong quá trình sản xuất cây trồng :

+ Nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng cần lựa chọn hướng nhà màng có ánh sáng mặt trời để tạo quang hợp cũng như thúc đẩy quá trình phát triển + Vật liệu bao phủ nhà màng tránh các yếu tố bên ngoài như côn trùng, sâu bọ,… + Có thể tích hợp hệ thống tưới nước tự động, cài đặt giờ tưới theo đúng ý mình vừa giúp tiết kiệm nguồn nhân lực đồng thời giúp cây phát triển nhanh hơn Đồng thời giảm thiệt hại cây trồng, giảm chi phí trong quá trình sản xuất

- Mục tiêu:

+ Tự động hóa quá trình tưới nước

+ Tự động hóa quá trình tạo độ ẩm và thông khí

+ Tự động hóa quá trình che, cắt nắng

+ Thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh nhà màng

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

+ Đặc tính quang hợp của cây xanh

+ Tiểu khí hậu trong nhà màng

+ Cách thức điều khiển tiểu khí hậu trong nhà màng

+ Cách thức giám sát và điều khiển qua mạng internet

II.Trình bày

1 Giới thiệu chung

Các sản phẩm cây trồng như rau xanh là nguồn thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày của mọi gia đình Nhu cầu về rau xanh là thiết yếu, do đó cần phải có nguồn cung cấp đáp ứng tối đa rau sạch cho con người Hiện nay nước ta có diện tích trồng rau rất lớn, việc trồng rau xanh ở nước ta mang tính tự phát và không theo qui chuẩn an toàn chất lượng nào Vì vậy rất khó kiểm soát về chất lượng của sản phẩm, nhất là dư lượng về các thuốc bảo vệ thực vật Ngoài ra năng suất cây trồng cũng là yếu tố để giúp tăng lợi nhuận cho người trồng vì vậy cần phải có nghiên cứu một quy trình trồng rau xanh hiệu quả an toàn và chất lượng tốt

Một trong các cách làm hiệu quả của việc trồng rau là trồng rau trong nhà màng Đây là một công nghệ mới, cho phép người trồng rau tạo ra các sản phẩm chất lượng, an toàn và năng suất cao Việc trồng rau trong màng hiện đã trở nên phổ biến do tính hiệu quả của

nó, không những đối với những trang trại lớn mà còn có thể ứng dụng cho từng hộ gia đình, tùy theo khả năng kinh tế và quy mô sản sản xuất

2.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hầu hết các phương thức canh tác ở nước ta chủ yếu theo cách truyền thống cho nên năng suất thấp và chất lượng không cao Ở Việt Nam việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào điều khiển khí hậu của nhà trồng rau cũng đã có khắp nơi, các thiết bị điều khiển hầu như

là nhập từ các nước có công nghệ tiến tiến như Nhật, Isareal, Ustralia, Giá thành các thiết bị này tương đối cao, rất khó cho người nông dân Việt Nam tiếp cận Vì vậy cần phải có những nghiên cứu và chế tạo các thiết bị trong nước sao cho đảm bảo được người nông dân có thể đầu tư được và dể sử dụng Đây cũng chính là mục đích của người nghiên cứu cần hướng tới nhằm tạo ra một sản phẩm tốt và hiện đại cho người nông dân Việt Nam

=> Trong đề tài này chúng tôi “ nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển thông minh chăm sóc vườn cây trồng tự nhiên” điều khiển qua mạng truyền thông

Internet nhằm nâng cao khả năng giám sát điều kiện môi trường của nhà trồng để đưa quyết định kịp thời cho việc điều khiển tiểu khí hậu nhà trồng tốt hơn và giải quyết vấn đề:

+Áp dụng công nghệ tự động để điều khiển tiểu khí hậu của nhà màng giúp giảm bớt sức lao động, nguồn nước, phân bón, thuốc trừ sâu và nâng cao chất lượng điều chỉnh

+Ứng dụng công nghệ thông tin để quan sát, quản lý thiết bị điều khiển

+ Mô hình nhà màng có thể sử dụng ở quy mô nhỏ hộ gia đình nhất là những nơi

có khuôn viên nhỏ của hộ gia đình ở khu đô thị

+ Làm tăng giá trị của sản phẩm cây trồng, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống và tăng thu nhập cho người trồng

3 Một số công trình nghiên cứu liên quan

a, Nhà màng trên thế giới

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều thành công trong mô hình trồng cây trong nhà kính Các ứng dụng khoa học vào nông nghiệp đã đem lại những kết quả cao, điển hình như Ustralia, Israel, Hà lan, trên đây là một số nước có kỹ thuật nông nghiệp tiên tiến

Israel: Nhà kính công nghệ cao Israel, ngoài việc đảm bảo yêu cầu kết cấu bền vững, yêu

cầu cho việc thực hiện cơ giới hoá đến mức cao nhất các công đoạn sản xuất, nhà kính còn có thể cho phép đáp ứng đến mức cao nhất các nhu cầu về kiểm soát “tiểu khí hậu nhà kính”; kiểm soát “sinh học nhà kính”; kiểm soát “dịch hại” nhà kính; và thực hiện các biện pháp điện toán điều chỉnh các yếu tố môi trường sinh thái nhà kính

Tại Keny: Kenya là một quốc gia thuộc miền Đông châu Phi đã bắt đầu sản xuất cà chua

trong nhà kính nhằm nâng cao hy vọng rằng các loại rau phổ biến sẽ trở nên có sẵn trong suốt cả năm với giá cả phải chăng Trong hệ thống mới được phát triển bởi Chương trình phát triển trồng trọt Kenya (KHDP) có sự tham gia của nhà cung cấp đầu vào nông nghiệp Seminis Seeds và Osho Hóa chất công nghiệp

Tại Hoa Kỳ: Sở Nông nghiệp Hoa Kỳ đưa ra dự án 135 với 38 nhà nghiên cứu đầu năm

2006 nhằm xác minh việc trồng rau, hoa trong các nhà lưới nhà kính công nghệ cao, điều khiển tự động đạt được hiệu quả cao vì giảm sử dụng thuốc trừ sâu, lưu giữ chất dinh dưỡng thiết yếu trong đất, mở rộng mùa trồng và sản lượng ngày càng tăng Ngoài ra, vào mùa đông giá lạnh khi nhiệt độ bên ngoài lạnh thì nhiệt độ bên trong nhà kính vẫn được duy trì ổn định cho cây sinh trưởng và phát triển tốt Vì vậy mùa đông ở đây còn còn bị hiếm rau, hoa như những năm trước nữa

b, Nhà màng ở Việt Nam

Tại Việt Nam: những năm gần đây việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp đang được xúc tiến mạnh mẽ và bước đầu đã đạt được nhiều kết quả tốt

Thực tế cho ta thấy, các phương pháp canh tác theo tập quán ngoài đồng đã dần được thay thế bằng những kỹ thuật mới trên những vùng sản xuất Thông qua các chương trình khuyến nông, việc áp dụng trồng rau, hoa trong nhà kính, nhà lưới đã từng bước được hướng dẫn đến các hộ nông nghiệp trong những năm qua, đã giúp cho người sản xuất cải thiện kỹ thuật canh tác một cách căn bản Như ta đã biết việc ứng dụng kỹ thuật trồng cây trong nhà kính, nhà lưới sẽ mang lại hiệu quả thiết thực cho người sản xuất cũng như nâng cao chất lượng năng suất sản phẩm nông nghiệp Tuy nhiên thông tin về kỹ thuật canh tác, những vấn đề kỹ thuật điều khiển khí hậu trong nhà kính, nhà lưới như thế nào

là thích hợp trong điều kiện khí hậu ở nước ta để có thể giảm bớt hoặc bổ xung ánh sáng, tăng hoặc giảm nhiệt độ…và hàng loạt các vấn đề kháccần giải quyết.Chính vì vậy dẫn đến thực trạng ở nước ta hệ thống thiết bị điều khiển tiểu khí hậu trong nhà trồng phục vụ sản xuẩt rau và hoa vẫn ở trình độ lạc hậu, chắp vá, đặc biệt là vấn đề sử dụng và quản lý chưa đem lại hiệu quả như mong muốn

Do trình độ kỹ thuật phát triển chậm nên hệ thống thiết bị điều khiển tiểu khí hậu trong nhà trồng rau, hoa ở nước ta hiện nay phần lớn mới chỉ tập trung ở vấn đề làm mát trong nhà trồng và thiết bị sử dụng chỉ là hệ thống lưới cắt nắng, dạng này được áp dụng với diện tích lớn của các hộ nông dân ở các vùng sản xuất rau và hoa tập trung ở nước ta như vùng trồng rau ở Vân Nội - Đông Anh, Lĩnh Nam - Thanh Trì, Đà Lạt - Lâm Đồng, Củ chi… với phương pháp điều khiển thủ công dùng các vật liệu sẵn có của địa phương như tre, luồng để căng lưới Ưu điểm giá thành đầu tư rẻ, kỹ thuật sử dụng đơn giản, do đó chỉ giảm được một phần cường độ ánh sáng và nhiệt độ, chưa đem lại hiệu quả đáng kể nào

4 Cơ sở lý thuyết

a, Đặc tính quang hợp của cây xanh: Quang hợp ở cây xanh là qúa trình trong đó năng lượng ánh sáng mặt trời được diệp lục hấp thụ để tạo ra cacbohiđrat và O2 từ khí CO2 và nước.Như vậy đặc tính quang hợp của cây trồng phụ thuộc vào các yếu tố chính như: cường độ ánh sáng, nhiệt độ,lượng CO2, và nước

- Ảnh hưởng của ánh sáng đến quang hợp: cường độ sáng và quang phổ của ánh sáng

+ Cường độ sáng: Có hai trị số liên quan đến quang hợp đó là điềm bù sáng và điểm bảo hòa ánh sáng

Điểm bù sáng: là cường độ sáng mà tại đó cường độ quang hợp cân bằng với cường độ hô hấp

Điểm bảo hòa ánh sáng: là trị số ánh sáng mà từ đó cường độ quang hợp không tăng thêm ( đạt cực đại) mặc dù cường độ sáng tiếp tục tăng

+ Quang phổ của ánh sáng: Các tia sáng khác nhau ảnh hưởng khác nhau đến quang hợp Quang hợp chỉ xảy ra ở miền ánh sáng xanh, tím và đỏ Thành phần ánh sáng biến động phụ thuộc vào độ sâu (trong môi trường nước), thời gian của ngày, cây mọc dưới tán

- Ảnh hưởng của nồng độ CO2: Cây quang hợp được ở nồng độ CO2 thấp nhất là 0,0,8 – 0,01% Khi tăng nồng độ CO2 lúc đầu cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận sau đó tăng chậm cho tới khi đền trị số bão hòa CO2 Vượt quá mức đó thì cường

độ quang hợp lại giảm

- Ảnh hưởng của nước:Ảnh hưởng của nước đến sự đóng mở khí khổng, nên ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ CO2 vào lá để tiến hành các phản ứng quang hợp Nước quyết định tốc độ vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá Thiếu nước sản phẩm quang hợp sẽ bị tắc nghẽn dẫn đến ức chế quang hợp Khi cây thiếu nước đến 40 – 60% thì quang hợp sẽ giảm hoặc ngưng quang hợp

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng Enzim chủ yếu trong pha tối của quang hợp Đối với một số loại cây khả năng quang hợp tăng theo nhiệt độ đến giá trị tối ưu Trên ngưỡng đó quang hợp sẽ giảm dần Khi nhiệt độ quá lạnh 0oC , một số cây trồng sẽ có hiện tượng chết rét; thời thiết nóng ở trên 40o C Cây khô héo và có thể bị chết Cây trồng quang hợp hiệu quả ở các nhiệt độ như sau:12oC-24oC; 18oC-21oC; 24oC.v.v tùy theo từng loại cây trồng

- Bảng 1: Nhiệt độ sinh trưởng của một số loại cây trồng

Giới hạn trung bình Giới hạn rộng

Tên rau Cao Thấp Tên rau CaoThấp

Cà 18÷30 ÷ Súp lơ xanh ÷

Ớt 18÷30 ÷ Đậu tằm ÷

Cấn tây 10÷22 ÷ Bi xen ÷

Măng tây15÷30 ÷ Cải bắp ÷

Dưa

chuột

20÷3

0 ÷ Tỏi tây ÷

Bí ngô ÷ Hành tây ÷

Ngô

đường ÷ ÷ Cà chua ÷

Cải củ ÷ ÷ Cà Rốt ÷

Đậu bắp ÷ ÷ Củ cải đỏ8÷3 0

- Ảnh hưởng của nguyên tố khoáng : Các nguyên tố kháng tham gia vào vào việc cấu thành nên Enzim quang hợp và diệp lục của lá cây, điều tiết độ đóng mở của khí khổng và liên quan đến quá trình phân ly nước

b, Tăng năng suất cây trồng:

Để tăng năng suất cây trồng có nhiều cách như chọn lựa giống mới, cải tạo đất, tuy nhiên biện pháp hữu hiệu nhất là tăng năng suất cây trồng thông qua sự điều khiển quang hợp của cây Tức là tăng diện tích bộ lá , tăng cường độ quang hợp và tăng hệ số kinh tế Tăng diện tích lá: là áp dụng các biện pháp kĩ thuật như chăm sóc, bón phân, tưới nước hợp lý phù phợp với loài và giống cây trồng

Tăng cường độ quang hợp: Tuyển chọn và tạo giống mới có cường độ và hiệu suất quang hợp cao kết hợp áp dụng kĩ thuật chăm sóc hợp lí

Tăng hệ số kinh tế: Tăng hệ số kinh tế của cây trồng bằng biện pháp chọn giống và bón phân

c, Kết luận

Đặc tính quang hợp rất quan trọng cho năng suất cây trồng, quyết định 90 – 95% năng suất cây trồng Do đó việc tìm hiểu về đặc tính quang hợp của cây trồng, giúp cho việc điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm tốt hơn và làm cho cây trồng phát triển tốt và cho năng suất cao

Để duy trì được các thông số khí hậu cơ bản trên phù hợp với yêu cầu về nông học của cây rau và hoa thì thiết bị kiểm soát khí hậu trong nhà trồng có một tập hợp tiểu hệ thống linh hoạt:

- Hệ thống thông gió giảm nhiệt độ: Mành ẩm giảm nhiệt, phun sương làm mát, quạt thông gió

- Hệ thống gia nhiệt: Máy gia nhiệt áp dụng hình thức thổi gió trực tiếp hoặc thổi gió qua ống, hệ thống rèm che

- Hệ thống bổ xung khí CO2: Máy phát sinh khí CO2

- Hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng: Hệ thống lưới cắt nắng, vật liệu che phủ mái, bổ xung cường độ ánh sáng (đèn natri)

- Hệ thống tưới mát

- Hệ thống tưới nhỏ giọt

- Quạt đối lưu không khí

- Hệ thống tưới phân bón

5 Tính toán- Thiết kế

5.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Đối tượng, chức năng của các đối tượng trong hệ thống

a,

Use case name Đăng nhập / Đăng xuất

ID(nhận dạng)

Importance level Quan trọng

Primary actor Người nông dân (người dùng quản lý hệ thống)

Use case type Hành vi (Behavioral Use Case Type): Định nghĩa các hành

vi hoặc tương tác của người dùng với hệ thống, ví dụ: đăng nhập, tạo hồ sơ cá nhân, đặt hàng sản phẩm

Stakeholders and

Interests(các bên liên

quan và lợi ích)

Người dùng, bảo vệ thông tin có trong ứng dụng của người dùng

Brief description(mô tả

ngắn gọn cho phép người dùng đăng nhập vào hệ thống bằng cách xác thực thông tin đăng nhập Relationships(association,

include, extend,

generalization)

• Nhập tên người dùng và mật khẩu

• Xác thực thông tin đăng nhập

• Cho phép truy cập vào hệ thống

Normal flow of

events(luồng sự kiện

đồng thời)

-Người dùng truy cập vào giao diện đăng nhập của hệ thống

-Hệ thống hiển thị các trường đăng nhập yêu cầu như tên đăng nhập và mật khẩu

-Người dùng nhập thông tin đăng nhập của mình vào các trường tương ứng

-Người dùng chọn "Đăng nhập"

-Hệ thống xác thực thông tin đăng nhập của người dùng -Nếu thông tin đăng nhập hợp lệ, hệ thống chuyển người dùng đến giao diện chính của ứng dụng

-Nếu thông tin đăng nhập không hợp lệ, hệ thống hiển thị thông báo lỗi và yêu cầu người dùng nhập lại thông tin đăng nhập

Subflows(luồng con) -Nếu người dùng quên mật khẩu:

-Người dùng chọn liên kết "Quên mật khẩu"

-Hệ thống yêu cầu người dùng cung cấp thông tin xác thực

bổ sung để đặt lại mật khẩu

-Người dùng cung cấp thông tin xác thực và yêu cầu đặt lại mật khẩu

-Hệ thống xác thực thông tin và gửi mật khẩu tạm thời hoặc liên kết đặt lại mật khẩu tới người dùng qua phương tiện liên lạc đã đăng ký trước đó

Alternate/Exceptional

flows(luồng thay thế/đặc

biệt)

Nếu người dùng chưa có tài khoản: Người dùng chọn liên kết "Đăng ký" Hệ thống chuyển người dùng đến giao diện đăng ký và yêu cầu người dùng cung cấp thông tin cần thiết để tạo tài khoản mới

Use case name Quản lý thông tin cây trồng

ID(nhận dạng)

Importance level

Primary actor Người nông dân (người dùng quản lý hệ thống), Hệ thống Use case type Quản lý (Management Use Case Type): Mô tả các hoạt

động quản lý hệ thống, chẳng hạn như quản lý người dùng, quản lý dữ liệu, quản lý báo cáo

Stakeholders and

Interests(các bên liên

quan và lợi ích)

Người dùng và cây trồng, quản lý hệ thống cây trồng

Brief description(mô tả

ngắn gọn Người dùng xem và cập nhật thông tin chi tiết về cây trồnghàng ngày, Relationships(association,

include, extend,

generalization) -Chọn cây trồng cần xem thông tin.-Hiển thị thông tin chi tiết về cây trồng (loại cây, mức độ

sức khỏe, ngày trồng, v.v.)

-Chỉnh sửa thông tin cây trồng (loại cây, mức độ sức khỏe, v.v.)

-Lưu thông tin cập nhật

Normal flow of

events(luồng sự kiện đồng

thời)

-Người dùng truy cập vào giao diện quản lý thông tin cây trồng

-Hệ thống hiển thị danh sách cây trồng hiện có

-Người dùng có thể thực hiện các hành động sau trên danh sách cây trồng:

+Xem thông tin chi tiết về cây trồng

+Thêm cây trồng mới vào danh sách

+Sửa đổi thông tin của cây trồng

+Xóa cây trồng khỏi danh sách

-Người dùng lựa chọn một hoặc nhiều cây trồng để thực hiện các hành động tương ứng

-Hệ thống xử lý các hành động được chọn và cập nhật dữ liệu liên quan đến cây trồng

Subflows(luồng con) -Nếu người dùng muốn thêm cây trồng mới:

+Người dùng chọn liên kết "Thêm cây trồng"

+Hệ thống yêu cầu người dùng cung cấp thông tin chi tiết

về cây trồng mới, bao gồm tên cây, loại cây, mô tả, hình ảnh, v.v

+Người dùng cung cấp thông tin và xác nhận thêm cây trồng mới vào danh sách