hệ thống điều khiển chăm sóc cây trồng

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b> HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHĂM SÓC CÂY TRỒNG</b>

<b>THỰC HIỆN BÁO CÁO:</b>

<b>I.Đặt vấn đề </b>

- 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 ngồi như cơn 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 q trình sản xuất.

- Mục tiêu:

+ Tự động hóa q trình tưới nước

+ Tự động hóa q trình tạo độ ẩm và thơng khí + Tự động hóa q 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

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>II.Trình bày </b>

<i><b>1. Giới thiệu chung</b></i>

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 khơng theo qui chuẩn an tồn chất lượng nào. Vì vậy rất khó kiểm sốt 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, khơng những đối với những trang trại lớn mà cịn có thể ứng dụng cho từng hộ gia đình, tùy theo khả năng kinh tế và quy mô sản sản xuất.

<i><b>2.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn</b></i>

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 cơng nghệ tiến tiến như Nhật, Isareal, Ustralia,.. Giá thành các thiết bị này tương đối cao, rất khó cho người nơng 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.

<i><b>=> 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 </b></i>

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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

+ Mơ hình nhà màng có thể sử dụng ở quy mơ nhỏ hộ gia đình nhất là những nơi có khn viên nhỏ của hộ gia đình ở khu đơ thị.

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

<i><b>3. Một số cơng trình nghiên cứu liên quan</b></i>

a, Nhà màng trên thế giới

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều thành cơng trong mơ 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 nơng nghiệp tiên tiến.

<b>Israel: Nhà kính cơng nghệ cao Israel, ngồi việc đảm bảo yêu cầu kết cấu bền vững, yêu</b>

cầu cho việc thực hiện cơ giới hố đến mức cao nhất các cơng đoạn sản xuất, nhà kính cịn có thể cho phép đáp ứng đến mức cao nhất các nhu cầu về kiểm sốt “tiểu khí hậu nhà kính”; kiểm sốt “sinh học nhà kính”; kiểm sốt “dịch hại” nhà kính; và thực hiện các biện pháp điện tốn điều chỉnh các yếu tố mơi trường sinh thái nhà kính.

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

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 cơng nghiệp.

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

2006 nhằm xác minh việc trồng rau, hoa trong các nhà lưới nhà kính cơng 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. Ngồi ra, vào mùa đơng giá lạnh khi nhiệt độ bên ngồi 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 đơng ở đây cịn cịn 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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

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 nơng, 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 nơng dân ở các vùng sản xuất rau và hoa tập trung ở nước ta như vùng trồng rau ở Vân Nội - Đơng Anh, Lĩnh Nam - Thanh Trì, Đà Lạt - Lâm Đồng, Củ chi… với phương pháp điều khiển thủ cơng 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.

<i><b>4. Cơ sở lý thuyết</b></i>

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 hơ hấp

Điểm bảo hịa 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

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

+ 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

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

- 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 hịa CO2. Vượt q 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

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

- 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 khơ 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 ^Thấ_p Tên rau Cao^Thấ_p

- 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 q trình phân ly nước

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

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 thơng số khí hậu cơ bản trên phù hợp với yêu cầu về nông học của cây rau và hoa thì thiết bị kiểm sốt khí hậu trong nhà trồng có một tập hợp tiểu hệ thống linh hoạt:

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

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

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

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.

• Nhập tên người dùng và mật khẩu. • Xác thực thơng tin đăng nhập. • Cho phép truy cập vào hệ thống.

-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

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

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.

-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.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

+Hệ thống xác nhận và cập nhật danh sách cây trồng. -Nếu người dùng muốn sửa đổi thông tin cây trồng: +Người dùng chọn cây trồng cần sửa đổi từ danh sách cây trồng.

+Hệ thống hiển thị thông tin chi tiết về cây trồng và cho phép người dùng chỉnh sửa các trường thông tin tương

-Nếu người dùng muốn xóa cây trồng:

+Người dùng chọn cây trồng cần xóa từ danh sách cây trồng.

+Hệ thống yêu cầu xác nhận xóa cây trồng. +Người dùng xác nhận xóa cây trồng. +Hệ thống xóa cây trồng khỏi danh sách Alternate/Exceptional

flows(luồng thay thế/đặc biệt)

Nếu người dùng muốn tìm kiếm cây trồng: +Người dùng nhập từ khóa tìm kiếm vào ơ tìm kiếm. +Hệ thống tìm kiếm và hiển thị danh sách cây trồng phù hợp với từ khóa tìm kiếm.

Use case name Tạo lịch trình chăm sóc cây trồng ID(nhận dạng)

Importance level

Primary actor Người nông dân (người dùng quản lý hệ thống), Hệ thống Use case type Hệ thống (System Use Case Type): Tập trung vào các chức

năng nội bộ của hệ thống, ví dụ: xử lý thông tin, tạo lịch

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

thời) dùng có quyền quản lý.

-Người dùng lựa chọn một cây trồng từ danh sách. -Hệ thống hiển thị thông tin chi tiết về cây trồng và các hoạt động chăm sóc của máy móc

-Người dùng có thể chỉnh sửa các hoạt động chăm sóc muốn thực hiện cho cây trồng.

-Người dùng chọn thời gian và ngày thực hiện cho mỗi hoạt động chăm sóc.

-Người dùng lưu lịch trình chăm sóc 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, mơ tả, hình ảnh, v.v.

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

+Hệ thống xác nhận và cập nhật danh sách cây trồng. -Nếu người dùng muốn sửa đổi thông tin cây trồng: +Người dùng chọn cây trồng cần sửa đổi từ danh sách cây trồng.

+Hệ thống hiển thị thông tin chi tiết về cây trồng và cho phép người dùng chỉnh sửa các trường thông tin tương

-Nếu người dùng muốn xóa cây trồng:

+Người dùng chọn cây trồng cần xóa từ danh sách cây trồng.

+Hệ thống yêu cầu xác nhận xóa cây trồng. +Người dùng xác nhận xóa cây trồng. +Hệ thống xóa cây trồng khỏi danh sách. Alternate/Exceptional

flows(luồng thay thế/đặc biệt)

Nếu người dùng muốn tìm kiếm cây trồng:

+Người dùng nhập từ khóa tìm kiếm vào ơ tìm kiếm. +Hệ thống tìm kiếm và hiển thị danh sách cây trồng phù hợp với từ khóa tìm kiếm.

<b>d,</b>

</div>