THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHÍ CANH TRỒNG XÀ LÁCH

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
----------

Chuyên đề Điện – Điện tử

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHÍ CANH TRỒNG XÀ LÁCH

SVTH: Mao Minh Khải MSSV: 3119510020
Lê Mạnh Khánh MSSV: 3119510022
Phạm Duy Linh MSSV: 3119510026

GVHD: T.s Nguyễn Huy Hùng

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2024

1

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
----------

Chuyên đề Điện – Điện tử

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHÍ CANH TRỒNG XÀ LÁCH

SVTH: Mao Minh Khải MSSV: 3119510020
Lê Mạnh Khánh MSSV: 3119510022
Phạm Duy Linh MSSV: 3119510026

GVHD: T.s Nguyễn Huy Hùng

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2024

2

ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Mao Minh Khải MSSV: 3119510020
Lê Mạnh Khánh MSSV: 3119510022
Phạm Duy Linh MSSV: 3119510026

Nhóm: 1 Tiểu nhóm: 8

Giảng viên Ngày tháng năm 2024 Ngày tháng năm 2024
chấm thi GV chấm 1 GV chấm 2

Điểm số

Điểm chữ

Ý kiến

Ký tên
(Họ Tên)

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 1 NĂM 2024

i

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tơi do nhóm chúng
tơi thực hiện, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong báo cáo này là trung thực và
không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn
gốc. Nếu có bất kỳ vi phạm nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

ii

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Hùng đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua
từng buổi học trên lớp cũng như những buổi thảo luận về lĩnh vực. Nếu không có những
lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy cơ thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể
hồn thiện được. Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài cũng như những hạn chế về
mặt kiến thức, trong đề tài lần này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai, thiếu sót.
Rất mong nhận được sự nhận xét, đánh giá, phê bình từ thầy để đề tài được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn thầy!

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................iii
MỤC LỤC................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH..............................................................................2
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................5
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN.................................................................................................6
Chương 1: Giới thiệu...............................................................................................7

1. Khái quát sản phẩm :.........................................................................................7
1.1. Lý do chọn sản phẩm :.......................................................................................7
1.2. Ý tưởng thiết kế.................................................................................................8
1.3. Mục tiêu của sản phẩm......................................................................................8
1.4. Đối tường và phạm vi nghiên cứu.....................................................................8
Chương 2 : Nội dung...............................................................................................9
2. Cơ sở lý thuyết..................................................................................................9

2.1.1. Khí canh là gì..............................................................................................9
2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cây xà lách........................................................9
2.2. Thơng gió – làm mát........................................................................................14
Chương 3 : Thiết kế...............................................................................................14
3.1. Mơ hình nhà kính............................................................................................14
3.2. Cốc trồng khí canh..........................................................................................16
3.3. Máy bơm.........................................................................................................18
3.4. Thơng gió và giảm nhiệt độ.............................................................................18
3.4.1. Quạt thơng gió..........................................................................................18
3.5. Đèn chiếu sáng................................................................................................19
3.6. Thiết kế bộ PID cho việc điều khiển quạt thơng gió và bơm phun sương.............22
3.7.1 Điều khiển máy bơm phun sương và bơm dung dịch khí canh........................30

1

3.7.2. Mạch kích Relay SSR G3MP-202P....................................................................32
3.8. Sơ đồ nguyên lý...........................................................................................35

3.9. PCB................................................................................................................. 35
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................37

4.1. Kết luận.................................................................................................................37
4.2. Hướng phát triển...................................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................38

2

DANH MỤC CÁC HÌNH Ả
Hình 1. 1:Nơng nghiệp và kinh tế....................................................................................11
Hình 1. 2:Nơng nghiệp và IoT.......................................................................................12Y
Hình 2. 1:Mơ hình trồng khí canh....................................................................................13
Hình 2. 2:Thang đo pH.....................................................................................................15
Hình 2. 3: Sự thay đổi của nồng độ Oxy hịa tan với nhiệt độ..........................................16
Hình 2. 4: Sự phát triển của rễ đối với nồng độ oxy.........................................................17
Hình 2. 5:Quạt thơng gió..................................................................................................18
Hình 3. 1:Mặt trước và sau của nhà kính..........................................................................20
Hình 3. 2:Phần mái của nhà kính.....................................................................................21
Hình 3. 3:Cốc trồng khí canh chuyên dụng......................................................................22
Hình 3. 4:Cốc đựng cây....................................................................................................22
Hình 3. 5:Máy Bơm Phun Sương DC12V DP-521..........................................................23
Hình 3. 6:Quạt làm mát....................................................................................................23
Hình 3. 7:Vị trí quạt trong nhà kính.................................................................................24
Hình 3. 8:Sơ đồ khối.......................................................................................................26
Hình 3. 9:Mơ hình tốn học của Động cơ AC 1 pha........................................................28
Hình 3. 10:Đáp ứng quá độ hệ hở của hàm truyền quạt...................................................30
Hình 3. 11:Mơ hình hệ thống điều khiển PID.................................................................30
Hình 3. 12:Bảng Ziegler – Nichols...................................................................................32
Hình 3. 13:Mơ phỏng PID................................................................................................33
Hình 3. 14:Mối liên hệ giữa điện áp và lưu lượng nước...................................................34
Hình 3. 15:Tham chiếu.....................................................................................................34
Hình 3. 16:Độ vọt lố.........................................................................................................35

Hình 3. 17:TIP122............................................................................................................35
Hình 3. 18:Sơ đồ đấu nối TIP122.....................................................................................36
Hình 3. 19:Mạch kích Relay SSR....................................................................................38
Hình 3. 20:Sơ dồ nguyên lý..............................................................................................40
Hình 3. 21:Mạch PCB......................................................................................................41

3

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1:Nồng độ CO2 cho các cây...................................................................................17
Bảng 2:(Theo Sarah Louise Sya Atulba, 2018)................................................................24
Bảng 3:Các linh kiện........................................................................................................26
Bảng 4:Thông số kỹ thuật BU607....................................................................................35
Bảng 5:Thông số kỹ thuật của Relay SSR G3MB-202P..................................................37
Bảng 6:Thông số kỹ thuật 2N2222...................................................................................38

4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1. ESP: Electronic Stability Program (Chương trình ổn định điện tử).
2. ADC: Analog to Digital Converter (Hệ thống mạch thực hiện chuyển đổi tín hiệu
tương tự (liên tục) thành tín hiệu số.)
3. PWM: Pulse Width Modulation (Phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải).
4. SRAM: Static random-access memory (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh).
5. RPM: Round Per Minute (là vận tốc quay xung một trục cố định được chỉ rõ là vòng/
phút).
6. MCU: Micro Controller Unit (Vi điều khiển là một mạch tích hợp trên một bộ chip
có thể lập trình được dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống).
7. LCD: Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng).

5

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Bước 1: Chọn đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH KHÍ CANH TRỒNG XÀ LÁCH
Bước 2: Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến việc thiết kế mơ hình khí canh trong nơng
nghiệp.
Bước 3: Xác định nhiệm vụ đề tài:
Bước 4. Tìm hiểu nguyên lý, trình bày nguyên lý hoạt động chung của mạch điều khiển
Bước 5. Tính tốn thiết kế
Bước 6. Xây dựng lưu đồ giải thuật và mô phỏng mạch điều khiển
Bước 7. Vẽ layout và xuất mạch in
Bước 8. Thi cơng mơ hình thực nghiệm và kiểm tra đo đạc thực tế
Bước 9. Trình bày báo cáo Đồ án trên MS Word
Bước 10. Nhận xét đánh giá, rút kinh nghiệm và kết thúc đồ án

6

Chương 1: Giới thiệu
1. Khái quát sản phẩm :
1.1. Lý do chọn sản phẩm :
Trong quá trình phát triển của các quốc gia thì để có thể phát triển ổn định về kinh tế,
chính trị, xã hội thì vấn đề về an ninh lương thực ln phải được đảm bảo. Qua đó có thể
thấy rằng nơng nghiệp đóng một vai trị vơ cùng quan trọng trong đời sống của con
người, nó khơng chỉ cung cấp lương thực, thực phẩm cho con người, động vật mà cịn
cung cấp ngun vật liệu cho các ngành cơng nghiệp hiện đại. Đặc biệt là các loại rau quả
khi chúng vừa cung cấp vitamin, khoáng chất và nước… cho cơ thể con người.

Hình 1. 1:Nơng nghiệp và kinh tế
Kết hợp nhà kính và khí canh trong trồng trọt giúp tăng cường sản lượng và chất
lượng cây trồng. Nhờ vào mơi trường kiểm sốt được bên trong nhà kính, con người có

thể trồng quanh năm mà khơng phụ thuộc vào thời tiết hay mùa màng. Việc điều chỉnh
nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và các yếu tố khác tạo ra môi trường lý tưởng cho sự phát triển
của cây. Nhà kính cũng đảm bảo chống lại sâu bệnh, nấm mốc, giảm sử dụng thuốc trừ
sâu. Khí canh giúp điều chỉnh nồng độ chất dinh dưỡng và tiết kiệm nước, tăng diện tích
trồng và giảm lượng nước sử dụng đến 90%.
Cùng với đó là sự phát triển của cơng nghệ, giờ đây các thiết bị điện tử, giám sát
đã dần dần được đưa vào các nơng trại lớn để họ có thể dễ dàng theo dõi các chỉ số môi
trường ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây, thống kê, phân tích các số liệu để có thể
đưa ra các giải pháp từ đó sẽ làm tăng năng suất cây trồng

7

Hình 1. 2:Nơng nghiệp và IoT

1.2. Ý tưởng thiết kế
- Tận dụng không gian sân thượng, hành lang, mái hiên để cung cấp rau cho hộ gia đình
- Đảm bảo nguồn cung rau sạch
- Tìm ra giải pháp mới cho nơng nghiệp thơng minh

1.3. Mục tiêu của sản phẩm

- Giám sát thông số môi trường từ xa (Nhiệt độ khơng khí - độ ẩm khơng khí

– Ánh sáng – Lưu lượng nước) để lưu trữ dữ liệu

- Điều khiển các thiết bị để tạo môi trường sống tốt nhất cho cây

- Bật tắt thiết bị tự động hoặc thủ cơng

- Thi cơng nhà kính 1,6 x 0,8 x 1,5m (Dài x Rộng x Cao)

- Nhiệt độ : 28 – 33 độ C

- Thời gian chiếu sáng : 12-16h/ ngày với Cường độ sáng tối thiểu 18000 lux

- Nông độ CO2 : 1000 – 1200 ppm

1.4. Đối tường và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu : Cây xà lách, mơ hình nhà kính.
- Phạm vi nghiên cứu : Điều kiện sinh trưởng của cây xà lách,

8

Chương 2 : Nội dung
2. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Khí canh là gì
- Khí canh là phương thức canh tác mới nuôi trồng cây, rau củ sạch không cần sử dụng
đất (thổ canh) và nước (thủy canh) mà trồng cây bằng cơng nghệ trong mơi trường khơng
khí chứa chứa các thể bụi dinh dưỡng, với phương pháp này rễ cây có thể hấp thụ dinh
dưỡng từ các bụi thể sinh trưởng và phát triển tốt.

Hình 2. 1:Mơ hình trồng khí canh

2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cây xà lách
2.1.2.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng vô cùng lớn đối với sự sinh trưởng của cây trồng
Nhiệt độ ở đây sẽ gồm nhiệt độ khơng khí và nhiệt độ của mơi trường dinh dưỡng
khí canh.
 Đối với nhiệt độ khơng khí

Nhiệt độ cao nên cây sẽ có các cơ chế giải nhiệt bằng q trình thốt hơi nước và
cây sẽ cần hấp thụ nhiều nước thay vì các chất dinh dưỡng có trong dung dịch. Thêm
vào đó khi nhiệt độ tăng lên quá cao hay quá thấp thì quá trình quang hợp sẽ bị hạn

9

chế từ đó làm cho cây chậm phát triển. Từ đó làm ảnh hưởng đến sự phát triển của
các bộ phận khác như rễ, lá…. Làm giảm sản lượng cũng như chất lượng của cây
trồng.

Nhiệt độ cao làm giảm mật độ, độ dài rễ

 Đối với nhiệt độ của dung dịch

Như đã đề cập ở trên khi mà nhiệt độ tăng thì hơ hấp tăng làm cho cây hấp thụ
nước cũng như nồng độ oxy có trong đó tăng. Từ đó làm giảm nồng độ oxy trong
nước, ảnh hưởng đến rễ của cây và sự hấp thu các chất dinh dưỡng trong cây.

Nhiệt độ dung dịch giảm thì làm ức chế sự hấp thụ các chất dinh dưỡng. Nếu nhiệt
độ nước tăng thì các chất dinh dưỡng sẽ hịa tan vào nước tốt hơn, tăng khả năng hấp
thụ của cây. Nhưng khi quá trình này tăng lên thì các mầm bệnh như Pythium cũng sẽ
phát triển

2.1.2.2. Độ ẩm khơng khí
Nếu ẩm độ tương đối xung quanh thấp thì lượng nước thốt ra từ lá sẽ cao khi đó
khí khổng đóng lại để ngăn sự mất nước, từ đó làm giảm đáng kể khả năng hấp thụ
CO2 dẫn đến quá trình quang hợp sẽ giảm đi. Việc giảm tốc độ quang hợp rõ ràng khi
đó cây trồng sẽ chậm phát triển và bao gồm cả sức khỏe cây trồng cũng giảm. Ngồi
ra khí khổng đóng cũng sẽ làm giảm quá trình trao đổi chất làm giảm lượng chất dinh
Kết quả là cây trồng thiếu năng lượng và chết.

Khi ẩm độ tương đối tăng cao thì sẽ làm cho các loại nấm bệnh phát triển. Cây sẽ
hấp thụ nhiều nước hơn làm giảm khả năng hấp thụ nước từ rễ kéo theo lượng nguyên
tố cho cây trồng ít đi làm giảm sự phát triển của cây

2.1.2.3. Ánh sáng
Ánh sáng đóng 1 vai trò thiết yếu trong việc quang hợp của cây

Ánh sáng

6CO2 12H2O  C6H12O6  6O2  6H2O

Quang hợp sẽ tạo ra các glucozo đây là 1 chất vơ cùng thiết yếu. Vì ở ban đêm khi
mà cây chuyển sang q trình hơ hấp thì nó sẽ tạo phân hủy Glucozo này thành tinhh
bột rồi thành xenlulozo làm cây phát triển về kích thước của các bộ phận trên cây.

10

2.1.2.4. Nồng độ pH của dung dịch khí canh
Độ pH được hiểu là mức độ hoạt động của ion H+ trong môi trường dung dịch.

Tất cả các dung dịch tồn tại ở dạng lỏng đều có 1 độ pH riêng và pH ảnh hưởng đến
chất lỏng đó có lợi hay có hại. Lượng ion H+ trong dung dịch ít thì dung dịch đó sẽ
mang tính kiềm, ngược lại thì sẽ mang tính axit.

Hình 2. 2:Thang đo pH
Nồng độ pH được duy trì ở khoảng từ 5.5 – 6.5 đây là khoảng pH lý tưởng cho sự
hấp thụ chất dinh dưỡng của cây xà lách
2.1.2.5. EC (Electric Conductivity)
Các chất dinh dưỡng được đưa vào dưới dạng hợp chất muối, sau khi được hịa tan

vào nước thì các hợp chất bắt đầu phân rã ra thành các ion. Hai đơn vị thông dụng nhất
của EC là mS/cm hoặc ppm (Part per Million)
Ví dụ: NaNO3 sẽ tách ra thành Na+ và NO3-
Trong khí canh, đó là thước đo tổng lượng nồng độ các ion muối có trong dung
dịch.
Nếu giá trị EC khơng thay đổi: Điều đó thể hiện cây trồng đang hấp thụ 1 lượng
nước, chất dinh dưỡng vừa phải.
Nếu giá trị EC giảm xuống: Cây trồng đang hấp thụ chất dinh dưỡng nhiều hơn so
với lượng nước.
Nếu giá trị EC tăng lên: Cây trồng đang hấp thụ nhiều nước hơn chất dinh dưỡng.
Điều này cho thấy nhiệt độ môi trường đang tăng cao và cây cần hấp thụ nhiều nước hơn
để giải nhiệt cho chính nó.
2.1.2.5. TDS
Cho biết tổng lượng chất rắn hòa tan được trong dung dịch (ppm).

11

Tức là tổng số các ion chứa điện tích gồm muối, khống chất và các kim loại cùng
tồn tại trong một lượng dung dịch nhất định
2.2.2.6. Nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch
Oxy hòa tan là tổng lượng oxy hòa tan trong nước. Oxy hòa tan nhanh, nhiều hơn
trong nước lạnh so với nước ấm. Chính vì thế khi mà nhiệt độ dung dịch càng cao thì
nồng độ oxy sẽ càng thấp. Nồng độ oxy trong dung dịch tối thiểu là 5mg/L.
Nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch rất cần thiết cho sự phát triển của hệ thống rễ
cây và sự hô hấp của rễ. Nếu nồng độ oxy thấp sẽ dẫn đến rễ kém phát triển làm giảm khả
năng hấp thụ chất dinh dưỡng từ dung dịch, ngồi ra nó cịn tạo điều kiện cho các loại
nấm bệnh phát triển làm ảnh hưởng đến rễ cây. Nếu thấp hơn 2mg/L liên tục trong bài
giờ sẽ dẫn đến chết rễ

Hình 2. 3: Sự thay đổi của nồng độ Oxy hòa tan với nhiệt độ

Như hình 2. A): 29ppm B) 7.5ppm C) 2ppm
Ta thấy đối với nồng độ oxy trong mơi trường khí canh dinh dưỡng cao thì bộ rễ sẽ
phát triển tốt hơn từ đó sẽ làm cho cây sinh trưởng tốt hơn.

12

Hình 2. 4: Sự phát triển của rễ đối với nồng độ oxy

2.1.2.7. Nồng độ CO2
Thời gian chiếu sáng chiếu sáng: 12h sáng và 12h tối

Nhiệt độ / Độ ẩm : 22C ( 2C) / 60% ( 10%)

Nồng độ pH, EC : 6,5 / 1,5ms/cm

CO2 (p Chiều cao Độ rộng Cân nặng Cân nặng sau Diện tích

pm) (cm) (cm) (g) phơi khô (g) lá ( cm2 )
1644.4b
Rau thơm 410 34.0b 26.2b 123.1b 11.9b 2333.8a
800 4884.5b
Xà lách 410 36.9a 29.8a 158.9a 15a 5988.5a
Cải cầu 800 26.6a 25.2a 203.b 19.1b 2836.4b
410
vồng 26.5a 25.7b 254.2a 23.8b 3801.1a
800
48.4b 33.3b 296.8b 26b

52.8a 35.4a 414.1a 38.4a

Bảng 1:Nồng độ CO2 cho các cây

Nồng độ CO2 từ 800 – 1200 là hợp lý cho sự cho hầu hết các cây trồng

Điều kiện trồng

 Nhiệt độ : 18-22 độ C

 Cường độ ánh sáng :18000 Lux

 Thời gian chiếu sáng : 12 - 16h/ ngày

 Nồng độ pH, EC, TDS lần lượt là : 5,5 – 6,5 ; 1,8 ; 1000 ppm

13

 Thơi gian thu hoạch : 25-28 ngày

 Nông độ CO2 : 1000 – 1200 ppm’

2.2. Thơng gió – làm mát
Việc làm mát nhiệt độ môi trường trong nhà kính là vơ cùng cần thiết do nhiệt độ,

độ ẩm quá cao hay quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng dến q trình sinh trưởng của cây trồng.
Ngồi ra trong q trình thơng gió thì cũng cần phải đảm bảo lượng CO2 vừa đủ để cây
trồng có thể quang hợp.

Hình 2. 5:Quạt thơng gió

Chương 3 : Thiết kế

3.1. Mơ hình nhà kính

Nhà kính có tác dụng che mưa, chống côn trùng và hạn chế các điều kiện thời
tiết bất lợi ảnh hưởng đến bên trong nhà màng.

Ở đây nhóm quyết định sử dụng loại nhà kính có dạng mái xéo do mơ hình này
có độ dốc máng cao có khả năng trượt nước tốt hơn và chi phí thi cơng thấp.

Nhà kính có kích thước 1,5 x 0,6 x 1,5  0,04 m (Dài x Rộng x Cao)
Đối với phần mái thì có kích thước

Chiều dài : 0,8  0,04 m
Chiều rộng : 0,4  0,04 m

14

Chiều cao : 0,55  0,02 m và 0,45  0,02 m
Hình 3. 1:Mặt trước và sau của nhà kính

15