NGHIÊN cứu, THIẾT kế, CHẾ tạo hệ THỐNG điều KHIỂN THÔNG MINH CHĂM sóc vườn cây TRỒNG tự NHIÊN

M CL C
Ch

ng 1

1

M Đ U

1

1.1 Đặt v n đ

1

1.2 ụ nghĩa khoa học và thực ti n đ tài

2

1.3 M c tiêu nghiên c u đ tài

2

1.4 Đ i t

3

1.5 Ph
Ch

ng và ph m vi nghiên c u

ng pháp nghiên c u

3

ng 2

4

T NG QUAN

4

2.1 Gi i thi u chung

4

2.2 M t s công trình nghiên c u liên quan

5

2.2.1 Nhà màng trên th gi i

5

2.2.2 Nhà màng

9

Ch

Vi t Nam

ng 3

12

C S LÝ THUY T

12

3.1 Đặc tính quang h p c a cây xanh

12

3.1.1 nh h

ng c a ánh sáng đ n quang h p

12

3.1.2 nh h

ng c a n ng đ CO2

13

3.1.3 nh h

ng c a n

14

3.1.4 nh h

ng c a nhi t đ

14

3.1.5 nh h

ng c a nguyên t khoáng

15

c

3.2 Tăng năng su t cây tr ng

15

3.3 K t lu n

16

Ch

ng 4

17

TÍNH TOÁN - THI T K
4.1 Phân tích và lựa chọn ph

17
ng án thi t k

4.1.1 Chọn lựa c u trúc nhà tr ng

17
17

vi


4.1.1.1 Những yêu c u trong c u trúc nhà tr ng

17

4.1.1.2 Phân tích các c u trúc nhà tr ng hi n nay .

17

4.1.1.3 Lựa chọn c u trúc nhà tr ng

18

4.1.2 H th ng t

20

4.1.2.1 Các ph

in

c

ng pháp t

in

4.2.1.2 Chọn lựa h th ng t
4.3 Chọn lựa ph

in

c ti t ki m.
c

20
22

ng th c đi u khi n

23

4.4 Nguyên lý ho t đ ng c a nhà màng

24

4.4.1 Ch đ đi u khi n tự đ ng.

24

4.4.2 Ch đ đi u khi n bằng tay.

27

4.4.3 Ch đ đi u khi n qua m ng Internet

27

4.5 Các công vi c tính toán thi t k

27

4.5.1 Thi t k b ph n đóng m c a thông gió

27

4.5.2 Thi t k h th ng rèm cắt nắng

31

4.6 Thi t k m ch đi n đi u khi n

40

4.6.1 Yêu c u thi t k

40

4.6.2 Thi t k m ch PLC

42

4.3.3 Thi t k m ch đi n đ ng lực

47

4.7 Thi t k h th ng giám sát vƠ đi u khi n m ng Internet

48

Ch

ng 5

CH T O VÀ TH

49
NGHI M

49

5.1 Ch t o các b ph n

49

5.1.1 Ch t o b ph n đóng m c a thông khí.

49

5.1.2 Ch t o b ph n đóng m màn cắt nắng

51

5.1.3 Ch t o khung nhà màng

52

5.1.4 Ch t o đ

54

ng ng t

i nh giọt

5.1.5 Thi t k thi công ph n đi n

54

5.1.5.1 Đ ng c đi n đóng m c a thông khí

55

5.1.5.2 Đ ng c đi n đóng m màn cắt nắng

56

vii


5.1.5.3 Công tắc hành trình

57

5.1.5.4 C m bi n t

58

5.1.5.5 C m bi n báo m a

59

5.1.5.6 C m bi n đ ẩm không khí

60

5.1.5.7 C m bi n nhi t đ

62

5.1.5.8 C m bi n ánh sáng

63

5.1.5.9 Relay th i gian

65

5.1.5.10 Ngu n 12V

68

5.1.5.11 Ngu n 5V

68

5.1.5.12 Van đi n t

69

5.1.5.13 Qu t làm mát không khí

70

5.1.5.14 Máy phun s

70

ng

5.1.5.15 B đi u khi n internet

71

5.2 Th nghi m

75

5.2.1 Th nghi m kh năng chuy n đ ng c a màn cắt nắng

75

5.2.1.1 M c đích th nghi m:

75

5.2.1.2 Trang thi t bị và d ng c

75

5.2.1.3 Mô t th nghi m

75

5.2.2 Th nghi m các b ph n ki m soát nhi t đ , đ ẩm, m a.

76

5.2.2.1 M c đích th nghi m

76

5.2.2.2 Trang thi t bị và d ng c

76

5.2.2.3 Mô t th nghi m

77

5.2.3 Kh o sát quá trình đi u khi n nhi t đ vƠ đ ẩm

78

5.3 Hoàn chỉnh thi t k

81

Ch

ng 6

83

K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N

83

6.1 K t qu

83

6.2 H

83

ng phát tri n

TÀI LI U THAM KH O

85

viii


WEBSITE

85

PH L C

86

ix


DANH M C S

Đ

VÀ HÌNH VẼ

Hình 2.1:

M t Nông trang

sa m c Israel [6]

Hình 2.2:

H th ng c m bi n nhi t đ và ẩm đ đ

6
c cƠi đặt t i nhi u vị trí khác

nhau và k t n i đ n các computer [6]

7

Hình 2.3:

9

Mô hình tr ng rau theo công ngh Úc [12]
nh h

Hình 3.1:

ng c a c

ng đ ánh sáng đ n c

ng đ quang h p khi n ng đ

CO2 tăng [15]

12

Hình 3.2:

C

ng đ h p th ánh sáng c a các lo i sắc t quang h p [15].

Hình 3.3:

Sự ph thu c c a quang h p vào n ng đ CO2 [14]
nh h

Hình 3.4:

ng c a nhi t đ đ n quang h p [14]

13
13
14

Hình 4.1:

Nhà màng kín [13]

17

Hình 4.2:

Nhà màng mái che có c a thông khí [14]

18

Hình 4.3:

Nhà màng có mái tự đ ng đóng m

19

Hình 4.4:

T

i phun m a [16]

20

Hình 4.5:

T

i phun s

ng [16]

21

Hình 4.6:

Vòi t

i nh giọt [16]

21

Hình 4.7:

S đ lắp đặt van đi n vƠ đ

Hình 4.8:

S đ lắp ráp h th ng phun s

Hình 4.9:

S đ đi u khi n qua PLC và Internet

ng ng d n n

ct

i nh giọt

ng

22
23
23

Hình 4.10: L u đ gi i thu t đi u khi n nhi t đ

24

Hình 4.11: L u đ đi u khi n đ ẩm

25

Hình 4.12: L u đ đi u khi n ánh sáng

26

Hình 4.13: B ph n m c a thông gió

27

Hình 4.14: C a thông gió, (a) Tr ng thái c a đóng , (b) tr ng thái c a m

29

x


Hình 4.15: (a) C c u khơu khi đóng (b) C c u khâu khi m

29

Hình 4.16: B ph n đóng m màn cắt nắng (khi đóng)

32

Hình 4.17: B ph n đóng m màn cắt nắng (khi m )

32

Hình 4.18: S đ tr c kéo màn th nh t

37

Hình 4.19: S đ phân b mômen

39

Hình 4.20: Tr c ch đ ng sau khi thi t k

40

Hình 4.21: Tr c bị đ ng sau khi thi t k

40

Hình 4.22: L u đ gi i thu t đi u khi n h th ng

41

Hình 4.23: S đ k t n i h th ng đi u khi n

44

Hình 4.25: M ch đi n các thi t bị ch p hành

47

Hình 4.26: Mô hình đi u khi n thi t bị thông qua Wife và m ng Internet.

48

Hình 5.1:

Ch t o b ph n m c a thông khí

50

Hình 5.2:

B ph n kéo màn cắt nắng

52

Hình 5.3:

B n v thi t k khung nhà màng

53

Hình 5.4:

Khung nhà màng sau khi hoàn thành

53

Hình 5.5:

Đ

ng ng d n n

54

Hình 5.6:

N

c ch y d

Hình 5.7:

Đ ng c đi n 12 VDC có h p s

55

Hình 5.8:

Lắp đặt đ ng c đóng/m c a thông khí

56

Hình 5.9:

Đ ng c đi n 220 VAC có h p s

56

ct

i nh giọt

i d ng nh giọt

54

Hình 5.10: Công tắc hành trình

57

Hình 5.11: Vị trí lắp đặt công tắc hành trình gi i h n đóng/m c a thông khí

58

Hình 5.12: C m bi n đi n t

58

Hình 5.13: C m bi n t gắn trên hành trình kéo màn

59

Hình 5.14: C m bi n báo m a

59

xi


Hình 5.15: Lắp đặt c m bi n m a trong mô hình nhà màng

60

Hình 5.16: C m bi n đ ẩm không khí

60

Hình 5.17: Lắp đặt c m bi n đ ẩm trong nhà màng

61

Hình 5.18: C m bi n nhi t đ và b đi u chỉnh nhi t đ

62

Hình 5.19: S đ đ u dây ngu n cung c p đi n và ngu n ra các t i.

63

Hình 5.20: (a) C m bi n c

ng đ sáng BH1750 vƠ (b) m ch đi u khi n c

ng đ

sáng

64

Hình 5.21: M ch relay tác đ ng m c ánh sáng

64

Hình 5.22: Lắp ráp b ph n c m bi n ánh sáng trong mô hình nhà màng

65

Hình 5.23: Relay đi u chỉnh th i gian

66

Hình 5.24: Ngu n m t chi u 12VDC

68

Hình 5.25: Ngu n 5V

68

Hình 5.26: Van đi n t

69

Hình 5.27: Qu t đi n

70

Hình 5.28: Máy phun s

ng vƠ đ u béc phun s

ng

70

Hình 5.29: H th ng đi u khi n thi t bị qua m ng EC10 [16].

72

Hình 5.30: Thi t bị đi u khi n qua Lan/Inthernet EC10 [16]

72

Hình 5.31: B ng giao di n đi u khi n thi t bị qua Webserver [16]

73

Hình 5.32: Các thành ph n c a thi t bị EC10 [16]

73

Hình 5.33: Bi u đ nhi t đ , đ ẩm ngày 12/10/2015

78

Hình 5.34: Bi u đ nhi t đ , đ ẩm ngày 13/10/2015

79

Hình 5.35: Bi u đ nhi t đ , đ ẩm ngày 14/10/2015

79

Hình 5.36: Bi u đ nhi t đ , đ ẩm ngày 15/10/2015

80

Hình 5.37: T ng th mô hình nhà màng

81

Hình 5.38: T ng th nhà màng sau khi hoàn thi n

82

xii


DANH M C B NG
B ng 1: Nhi t đ sinh tr

ng c a m t s lo i cây tr ng

15

B ng 2: T ng h p các thông s tính toàn b ph n truy n đai

31

B ng 3: T ng h p các thông s

36

B ng 4: Các c m bi n, công tắc

41

B ng 5: C c u ch p hành

42

B ng 6: Địa chỉ ngõ vào PLC

42

B ng 7: Địa chỉ ngõ ra PLC

43

B ng 8: Thông s kỹ thu t b ph n c a thông khí

50

B ng 9: Thông s kỹ thu t b ph n đóng m màn cắt nắng

51

B ng 10: Các thông s đ ng c m t chi u

55

B ng 11: Thông s kỹ thu t đ ng c đóng m màn cắt nắng

57

xiii


Ch

M

ng 1

Đ U

1.1 Đặt v n đ
Hi n nay trên th gi i, vi c ng d ng các công ngh đi u khi n vào trong s n
xu t là r t nhi u và c n thi t trong các ngành ngh k c trong nông nghi p. Trong
nông nghi p, nh
l

ng d ng các công ngh đi u khi n hi n đ i mƠ năng su t và ch t

ng cây tr ng tăng lên đáng k . V i công ngh tr ng rau trong nhà màng có sự hỗ

tr c a các thi t bị đi u khi n đƣ cho những k t qu ngoƠi mong đ i nh năng su t
cao, ch t l

ng t t, s ch, an toàn mà còn có th tr ng những lo i cây mà t tr

c

không ph i là truy n th ng c a vùng mi n.
Vi t Nam, vi c tr ng rau trong nhà mƠng đang phát tri n nhanh chóng, đem
l i l i ích cao cho ng

i nông dơn. Tuy nhiên, do chi phí đ u t cao nên vi c ng

d ng chỉ h n ch trong các nông trang l n có kh năng v kinh t , hoặc chỉ đi u
khi n

d ng bán tự đ ng nên v n c n nhi u nhân công trong vi c đi u khi n vì h u

h t các trang thi t bị đi u khi n đ u ph i nh p t n
đó c n ph i có h
trong n

c ngoài nên giá thành cao. Do

ng nghiên c u, thi t k và ch t o những thi t bị này ngay

c đ gi m chi phí, phù h p v i đi u ki n kinh t c a ng

đi u ki n môi tr

ng

i nông dân và

Vi t Nam.

Lu n văn đƣ trình bƠy k t qu thi t k và ch t o h th ng đi u khi n ti u môi
tr

ng trong mô hình nhà màng m t cách tự đ ng và có sự hỗ tr c a máy tính và

đặc bi t có th đi u khi n qua đi n tho i Smarphone.
K t qu thực nghi m cho th y v i nhƠ mƠng đ
cho đi u ki n môi tr
tr

ng sinh tr

c đi u khi n tự đ ng s làm

ng c a cây tr ng t t h n, phù h p yêu c u môi

ng đặt ra cho t ng lo i cây tr ng. Mặt khác v i kh năng đi u khi n t xa qua

Smarphone làm cho vi c giám sát vƠ đi u khi n tr nên s dƠng h n.

1


1.2 ụ nghĩa khoa h c vƠ thực ti n đ tƠi

Vi t Nam, di n tích tr ng rau xanh r t l n. H u h t ph

ng th c canh tác

ch y u theo cách truy n th ng nên cho năng xu t th p và ch t l
Do đó c n ph i có m t ph

ng th c m i nhằm nâng cao ch t l

năng xu t cây tr ng. Hi n nay cũng đƣ có nhi u n i

ng không cao.
ng s n phẩm và

Vi t Nam đƣ ng d ng công

ngh tr ng cây trong nhà màng và công ngh nƠy cũng đƣ phát huy tính hi u qu đƣ
giúp cho các nhƠ đ u t đ t đ
các nhà màng tr ng rau l n

c l i nhu n. Tuy nhiên các thi t bị đi u khi n c a
Vi t Nam h u h t đ

c nh p t n

thƠnh cao, do đó những h nông dân nh khó ti p c n đ

c ngoài nên giá

c v i công ngh này hoặc

m c đ n gi n và còn nhi u khâu ph i làm th công.

có thì

Vì lý do này, tác gi đƣ chọn lựa đ tài “nghiên c u, thi t k và ch t o h
th ng đi u khi n thông minh chăm sóc v

n cây tr ng tự nhiên”. Đ tài thực hi n

cho phép gi i quy t:
- Áp d ng công ngh tự đ ng đ đi u khi n ti u khí h u c a nhà màng giúp
gi m b t s c lao đ ng, ngu n n

c, phân bón, thu c tr sâu và nâng cao ch t l

ng

đi u chỉnh.
-

ng d ng công ngh thông tin đ quan sát, qu n lý thi t bị đi u khi n.

- Mô hình nhà màng có th s d ng
n i có khuôn viên nh c a h gia đình

qui mô nh h gia đình nh t là những

khu đô thị.

- LƠm tăng giá trị c a s n phẩm cây tr ng, giúp c i thi n ch t l
vƠ tăng thu nh p cho ng

i tr ng.

1.3 M c tiêu nghiên c u đ tƠi
Đ tài tri n khai nghiên c u h

ng t i m c tiêu sau:

-

Tự đ ng hóa quá trình t

in

-

Tự đ ng hóa quá trình t o đ ẩm và thông khí.

-

Tự đ ng hóa quá trình che, cắt nắng.

-

Thi t k , ch t o và lắp ráp hoàn chỉnh nhà màng

c

2

ng cu c s ng


1.4 Đ i t

ng vƠ ph m vi nghiên c u

-

Đặc tính quang h p c a cây xanh.

-

Ti u khí h u trong nhà màng.

-

Cách th c đi u khi n ti u khí h u trong nhà màng.

-

Cách th c giám sát vƠ đi u khi n qua m ng internet.

1.5 Ph
-

ng pháp nghiên c u
Nghiên c u phân tích lý thuy t: Thu th p tài li u t các ngu n báo chí, t p

chí, sách, t internet có liên quan đ n n i dung nghiên c u.

-

Ph

ng pháp thực nghi m: Ti n hành thi t k , ch

nghi m ho t đ ng và hoàn chỉnh thi t k .

3

t o th nghi m, th


Ch

ng 2

T NG QUAN
2.1 Gi i thi u chung
Các s n phẩm rau xanh là ngu n thực phẩm không th thi u trong bữa ăn hƠng
ngày c a con ng

i. Nhu c u v rau xanh là r t l n, do đó c n ph i có ngu n cung

c p rau l n. Hi n nay n
n

xanh

c ta có di n tích tr ng rau xanh r t l n, vi c tr ng rau

c ta mang tính tự phát và không theo qui chuẩn an toàn ch t l

Vì v y r t khó ki m soát v ch t l

ng c a s n phẩm, nh t lƠ d l

ng nào.

ng v các thu c

b o v thực v t. Ngoài ra năng su t cây tr ng cũng lƠ y u t đ giúp tăng l i nhu n
cho ng

i tr ng vì v y c n ph i có nghiên c u m t qui trình tr ng rau xanh hi u

qu an toàn và ch t l

ng t t.

M t trong các cách làm hi u qu c a vi c tr ng rau là tr ng rau trong nhà
mƠng. Đơy lƠ m t công ngh m i, cho phép ng
ch t l

i tr ng rau t o ra các s n phẩm

ng, an toƠn vƠ năng su t cao.

Vi c tr ng rau trong màng hi n đƣ tr nên ph bi n do tính hi u qu c a nó,
không những đ i v i những trang tr i l n mà còn có th

ng d ng cho t ng h gia

đình, tùy theo kh năng kinh t và qui mô s n s n xu t.
Vi t Nam vi c ng d ng kỹ thu t đi u khi n vƠo đi u khi n khí h u c a nhà
tr ng rau cũng đƣ có khắp n i, các thi t bị đi u khi n h u nh lƠ nh p t các n

c

có công ngh ti n ti n nh Nh t, Isareal, Ustralia,.. Giá thành các thi t bị nƠy t

ng

đ i cao, r t khó cho ng

i nông dân Vi t Nam ti p c n. Vì v y c n ph i có những

nghiên c u và ch t o các thi t bị trong n
có th đ u t đ
c uc nh

c sao cho đ m b o đ

c ng

i nông dân

c và d s d ng. Đơy cũng chính lƠ m c đích c a ng

ng t i nhằm t o ra m t s n phẩm t t và hi n đ i cho ng

i nghiên
i nông dân

Vi t Nam.
Trong đ tƠi nƠy chúng tôi cũng nghiên c u h th ng đi u khi n qua m ng
truy n thông Internet nhằm nâng cao kh năng giám sát đi u ki n môi tr

4

ng c a


nhà tr ng đ đ a quy t định kịp th i cho vi c đi u khi n ti u khí h u nhà tr ng t t
h n.

2.2 M t s công trình nghiên c u liên quan
2.2.1 Nhà màng trên th gi i
Hi n nay trên th gi i đƣ có r t nhi u thành công v i mô hình tr ng cây trong
nhà kính. Các ng d ng khoa học vào nông nghi p đƣ đem l i những k t qu cao,
đi n hình nh Ustralia, Israel, HƠ lan,...trên đơy lƠ m t s n

c có kỹ thu t nông

nghi p tiên ti n.
Israel: Nhà kính công ngh cao Israel, ngoài vi c đ m b o yêu c u k t c u
b n vững, yêu c u cho vi c thực hi n c gi i hoá đ n m c cao nh t các công đo n
s n xu t, nhà kính còn có th cho phép đáp ng đ n m c cao nh t các nhu c u v

ki m soát “ti u khí h u nhƠ kính”, ki m soát “sinh học nhƠ kính”, ki m soát “dịch
h i” nhƠ kính, và thực hi n các bi n pháp đi n toán đi u chỉnh các y u t môi
tr

ng sinh thái nhà kính [6].
V k t c u và c u trúc: K t c u và c u trúc nhà kính c n đ m b o nguyên tắc

c ng, nặng, đ đ b n vững đ ch ng l i gió m nh (tuỳ theo đặc tr ng th i ti t khí
h u địa ph

ng). Hi n nay, Israel s d ng toàn b lo i hình nhà kính tiên ti n. Các

b ph n th

ng có c a m t nhà kính tiêu chuẩn là h th ng rèm "c a ánh sáng" và

h th ng l

i t o bóng râm, các h th ng ki m soát vƠ đi u chỉnh môi tr

thái đ t o l p ra m t môi tr

ng sinh thái t

ng sinh

ng thích đáp ng nhu c u sinh hóa

cây tr ng, nh h th ng ki m soát vƠ đi u chỉnh nhi t đ , h th ng ki m soát và
đi u chỉnh ẩm đ không khí/ẩm đ đ t, h th ng ki m soát vƠ đi u chỉnh ánh sáng,

h

th ng thông khí... Cùng v i vi c nghiên c u phát tri n công ngh

t ng

h p, Israel đang t p trung khai thác và t n d ng các đặc tr ng đặc tính c a “v t li u
thông minh” đ xây dựng nhà kính [6].

5


Hình 2.1: M t Nông trang

sa m c Israel [6]

V công ngh ki m soát ti u khí h u nhà kính công ngh cao (Technologies
for hi-tech greenhouses climate control): Nhà kính c a Israel ph i đ m b o các tiêu
chuẩn công ngh quy định, ví d nh tiêu chuẩn thích ng nhi t “lƠm mát vƠo ban
ngày và to

m vƠo ban đêm”. Vi c thi t k và xây dựng nhƠ kính nh th nƠo đó

đ sao cho vi c ki m soát vƠ đi u chỉnh các y u t môi tr

ng đ t o ra " mi n ti u

khí h u t i thích " cho cây tr ng phát tri n trong khi chỉ c n "mức chi phí năng
lượng tối thiểu". Vì ng
Thông th

i s n xu t không th s n xu t v i b t c giá thành nào.

ng, vi c đi u chỉnh ch đ nhi t th

ng đự c k t h p v i vi c đi u

chỉnh ch đ ẩm vƠ đự c thực hi n thông qua h th ng "phun mù”. Các "h t phun"
có ch c năng h p th nhi t d th a trong nhƠ kính vƠo ban ngƠy vƠ l u trữ l

ng

nhi t năng nƠy đ làm m nhƠ kính vƠo ban đêm. Nh v y, vi c ki m soát vƠ đi u
chỉnh ch đ nhi t/ẩm c a nhà kính di n ra liên t c su t ngƠy đêm. Đ tự đ ng hoá
vi c ki m soát vƠ đi u chỉnh các thông s môi tr
nhi t đ và ẩm đ đ

c cƠi đặt t i nhi u vị trí khác nhau vƠ đ

đ n computer đ thực hi n các l nh t
tr

ng nhà kính, h th ng c m bi n
c k t n i trực ti p

i, bón, đi u chỉnh nhi t ẩm, t o l p môi

ng sinh thái t i thích cho cây tr ng sinh tr

6

ng phát tri n [6].


Hình 2.2: H th ng c m bi n nhi t đ và ẩm đ đ c cƠi đặt t i nhi u vị trí
khác nhau và k t n i đ n các computer [6]
V công ngh đi n toán nhà kính: Israel lƠ đ t n
tin phát tri n s m, bao g m c

công ngh

c có n n công ngh thông

ph n c ng và công ngh

ph n

m m. Israel luôn nỗ lực khai thác ng d ng đ n m c cao nh t l i th vƠ u vi t c a
công ngh thông tin vào phát tri n s n xu t nông nghi p nói riêng. Đ i v i s n xu t
nhà kính, toàn b các h th ng t

in

c hay bón phân, h th ng c p vƠ đi u chỉnh

ẩm đ nhi t đ , h th ng ki m soát ti u khí h u đ u đ

c thực hi n tự đ ng hoá

thông qua các h th ng ph n m m qu n lý kỹ thu t [6].

T i Keny: Kenya là m t qu c gia thu c mi n Đông chơu Phi đƣ bắt đ u s n
xu t cà chua trong nhà kính nhằm nâng cao hy vọng rằng các lo i rau ph bi n s
tr nên có sẵn trong su t c năm v i giá c ph i chăng.
Trong h th ng m i đ

c phát tri n b i Ch

ng trình phát tri n tr ng trọt

Kenya (KHDP) có sự tham gia c a nhà cung c p đ u vào nông nghi p Seminis
Seeds và Osho Hóa ch t công nghi p.
Theo KHDP, dự án cà chua nhà kính, m t trong những ho t đ ng c a ch
trình là hỗ tr đ giúp tăng thu nh p c a h gia đình nông thôn, ngu n vay m
t Israel - n i mƠ n

ng
n là

c nƠy đƣ phát tri n ngành nông nghi p r t t t và chuyên

nghi p trong đi u ki n khan ki m đ t vƠ n

7

c.


N u dự án nƠy đ

c phát tri n r ng rãi thì Kenya có th bắt đ u th

cƠ chua quanh năm, mƠ hi n đang bị lƠm h h i trong mùa ẩm
Randa, ng

ng th c

t. Theo Peter

i qu n lý ti p thị và dự án c v n kỹ thu t, cây tr ng trong các nhà kính

có nhi u thu n l i, trong đó có kh năng s n xu t s l

ng l n trên m t m nh đ t

nh và liên t c thu ho ch.
T i Hoa Kỳ: S Nông nghi p Hoa Kỳ đ a ra dự án 135 v i 38 nhà nghiên
c u đ u năm 2006 nhằm xác minh vi c tr ng rau, hoa trong các nhƠ l
công ngh cao, đi u khi n tự đ ng đ t đ

i nhà kính

c hi u qu cao vì gi m s d ng thu c tr

sơu, l u giữ ch t dinh d ỡng thi t y u trong đ t, m r ng mùa tr ng và s n l

ng

ngƠy cƠng tăng.
NgoƠi ra, vƠo mùa đông giá l nh khi nhi t đ bên ngoài l nh thì nhi t đ bên
trong nhà kính v n đ

v y mùa đông

c duy trì n định cho cơy sinh tr

ng và phát tri n t t. Vì

đơy còn còn bị hi m rau, hoa nh những năm tr

T i Anh: Vào tháng 08/2010, t i ti u bang Kent

c nữa.

mi n Nam n

c Anh, n i

có s ngày nắng trong năm nhi u h n 17% so v i n i khác, s hoàn thành vi c xây
dựng Thanet Earth - t h p kh ng l g m 7 nhà kính tr ng rau (mỗi nhà r ng cỡ 10
sơn bóng đá) trên di n tích g n 91 ha.
Khi hoàn thành, trong t h p nhà kính này s tr ng g n 1,3 tri u cây và những
ng

i làm vi c trong đó ph i đeo những chi c kính b o h đặc bi t vì bên trong nhà

kính r t sáng. Đ có đ

c ánh sáng t i đa, những c u trúc kim lo i

s n trắng vƠ sƠn nhƠ thì đ
bên trong nhà nh t

c ph bằng l p ph n quang. L

ng vƠ mái nhƠ đ

c giữ

c ki m soát b i những chi c máy tính

dành riêng cho công trình này. Có 7 cái h ch a n
c cho nông trang, dung l

ng ánh sáng đ

c

c che sáng.

Các đi u ki n bên trong nhƠ kính đ
cung c p n

đơy đ u đ

c m a, sau khi đ

c x lý s

ng mỗi h 189 tri u lít. Vi c cung c p nhi t

cho nhƠ kính lƠ do 7 nhƠ máy đi n đ m trách, chính là những nhà máy cung c p

đi n cho m t n a thành ph Thanet g n đó.

8


Vi c tr ng trọt trong những nhà kính l n nh
Canada, Mỹ, còn

th đƣ t ng có

Hà Lan,

Anh đơy lƠ l n đ u tiên. Hai năm nữa, Thanet Earth s đi vƠo

ho t đ ng và vi c t ch c s n xu t t i t h p này do T p đoƠn Fresca Group, m t
nhà nh p khẩu l n c a Anh thực hi n.
Theo tính toán chi li c a những ng

i Anh thì t tháng 2 đ n tháng 10, mỗi

tu n t h p này s thu ho ch g n 560 ngàn qu

t, 700 ngàn qu d a chu t, 2,5 tri u

qu cà chua. Công trình này s lƠm tăng 15% s n l

ng thu ho ch rau hằng năm t i

Anh.
T

ng tự nh

Úc. H th ng tr ng rau

Úc r t phát tri n, h u nh toƠn b

qui trình s n xu t rau đ u có ng d ng công ngh đi u khi n hi n đ i [9].

Hình 2.3: Mô hình tr ng rau theo công ngh Úc [12]

2.2.2 Nhà màng

Vi t Nam

T i Vi t Nam: những năm g n đơy vi c ng d ng khoa học kỹ thu t vào nông
nghi p đang đ

c xúc ti n m nh m vƠ b

Thực t cho ta th y, các ph

c đ u đƣ đ t đ

c nhi u k t qu t t.

ng pháp canh tác theo t p quán ngoƠi đ ng đƣ

d nđ

c thay th bằng những kỹ thu t m i trên những vùng s n xu t. Thông qua

các ch

ng trình khuy n nông, vi c áp d ng tr ng rau, hoa trong nhƠ kính, nhƠ l

9

i


đƣ t ng b

cđ

giúp cho ng

ch

ng d n đ n các h nông nghi p trong những năm qua, đƣ

i s n xu t c i thi n kỹ thu t canh tác m t cách căn b n. Nh ta đƣ bi t

vi c ng d ng kỹ thu t tr ng cơy trong nhƠ kính, nhƠ l
thực cho ng

i s n xu t cũng nh nơng cao ch t l

i s mang l i hi u qu thi t
ng năng su t s n phẩm nông

nghi p. Tuy nhiên thông tin v kỹ thu t canh tác, những v n đ kỹ thu t đi u khi n
khí h u trong nhƠ kính, nhƠ l
n

i nh th nào là thích h p trong đi u ki n khí h u

c ta đ có th gi m b t hoặc b xung ánh sáng, tăng hoặc gi m nhi t đ ầ và

hàng lo t các v n đ khác c n gi i quy t. Chính vì v y d n đ n thực tr ng

n

c ta

h th ng thi t bị đi u khi n ti u khí h u trong nhà tr ng ph c v s n xuẩt rau và hoa
v n

trình đ l c h u, chắp vá, đặc bi t là v n đ s d ng và qu n lý ch a đem l i

hi u qu nh mong mu n.
Do trình đ kỹ thu t phát tri n ch m nên h th ng thi t bị đi u khi n ti u khí
h u trong nhà tr ng rau, hoa

n

c ta hi n nay ph n l n m i chỉ t p trung

làm mát trong nhà tr ng và thi t bị s d ng chỉ là h th ng l
đ

c áp d ng v i di n tích l n c a các h nông dân

t p trung

n

c ta nh vùng tr ng rau

i cắt nắng, d ng này

các vùng s n xu t rau và hoa

Vân N i - Đông Anh, Lĩnh Nam - Thanh

Trì, ĐƠ L t - Lơm Đ ng, C chiầ v i ph
v t li u sẵn có c a địa ph

v nđ

ng pháp đi u khi n th công dùng các

ng nh tre, lu ng đ căng l

t rẻ, kỹ thu t s d ng đ n gi n, do đó chỉ gi m đ

i.

u đi m giá thƠnh đ u

c m t ph n c

ng đ ánh sáng

và nhi t đ , ch a đem l i hi u qu đáng k nào.
m t s H p tác xƣ nh H p tác xƣ H

ng Xuơn - Thành ph H Chí

Minh, ĐƠ L tầ. m t s các công ty và các mô hình

tỉnh nh Thanh Hóa, Vĩnh

Phúc đƣ s d ng ph i h p m t s thi t bị lƠm mát nh l
gi m nhi t và qu t thông gió. H th ng nƠy đ
vùng có khí h u n định nh

i cắt nắng, phun s

c đi u khi n bằng c khí.

ng

m ts

ĐƠ L t, Tam Đ o - Vĩnh Phúc vi c s d ng ph i h p

các h th ng thi t bị nƠy đƣ đem l i hi u qu đáng k . Tuy nhiên do ch a lựa chọn
và v n hƠnh đúng các h th ng thi t bị cho t ng vùng khí h u th

ng sao chép

nguyên m u t vùng nƠy sang vùng khác lên đ i v i các vùng khí h u t

ng đ i

khắc nghi t nh ThƠnh ph H Chí Minh, Thanh Hoá, Tây Tựuầ lên không hi u

10


qu . Hi n nay đƣ có m t s c s s n xu t rau và hoa

trong n

c đƣ nh p ngo i

đ ng b h th ng thi t bị đi u khi n ti u khí h u trong nhà tr ng c a Pháp, Isarel,
Trung Qu c nh Công ty Golden Garden, Trang food, Has farm c a ĐƠ L t, Trung
tâm kỹ thu t rau qu Hà N i, m t s Tr
rau qu Hà N i, Vi n di truy n, tr

ng, Vi n, Trung tâm nghiên c u nh Vi n

ng Đ i học Nông nghi p I, Vi n Khoa học

Nông nghi p Vi t Nam, Trung tâm gi ng cây tr ng

Th

ng Tín, Trung tâm

nghiên c u cơy ăn qu Long An.v.vầCác h th ng thi t bị đi u khi n ti u khí h u
trong nhà tr ng bao g m h th ng qu t thông gió c ỡng b c, thi t bị làm mát bằng
h th ng t m đ m bay h i n

c, phun mù k t h p v i che nắng bằng l

i Aluminet,

Has farm và Trung tâm kỹ thu t rau qu Hà N i có lắp đặt h th ng ki m soát và
đi u chỉnh khí CO2 và h th ng gia nhi t bằng th i h i nóng qua h th ng ng.
Vi c lắp đặt hoàn thi n đ ng b các thi t bị đi u khi n môi tr

ng ti u khí h u

trong nhà tr ng cho phép tr ng m t s gi ng rau và hoa trái v . K t qu cho th y
các cơy cƠ chua, d a chu t, hoa cẩm tú c uầphát tri n bình th
ti t hè nhi t đ lên đ n 36 - 370C. Các thi t bị đ

ng trong c th i

c đi u khi n bằng c khí hoặc tự

đ ng toàn b do đó đòi h i ngu i qu n lý, s d ng ph i có trình đ nh t định. Mặt
khác các thi t bị này do nh p ngo i toàn b do đó chi phí đòi h i l n đơy cũng lƠ
khó khăn đ

ng d ng công ngh và thi t bị này vào trong s n xu t đ i trà

n

c ta

[10].
Tóm l i các thi t bị đi u khi n ti u khí h u trong nhà tr ng rau và hoa

n

c

ta r t đa d ng, k c ch ng lo i v t li u và thông s kỹ thu t. Các thi t bị nƠy đ

c

thi t k và ch t o t nhi u c s khác nhau, t các công ty chuyên ngƠnh đ n các
x

ng nh lẻ trong n
ng đ

c và nh p khẩu t n

c nhu c u v s l

ng và ch t l

c ngoài. Sự đa d ng đó ph n nƠo đáp
ng các ch ng lo i thi t bị ph c v xây

dựng các nhà tr ng. Tuy nhiên, vi c ch t o m t s thi t bị này
n

c ch a đ

c chú trọng mà m i chỉ d ng l i

tiêu chuẩn c th .

11

các c s trong

m c đ chép m u mƠ ch a có m t


Ch

C

S

ng 3

LÝ THUY T

3.1 Đặc tính quang h p c a cơy xanh
Quang h p
đ

cơy xanh lƠ qúa trình trong đó năng l

ng ánh sáng mặt tr i

c di p l c h p th đ t o ra cacbohiđrat vƠ O2 t khí CO2 vƠ n

c.

Nh v y đặc tính quang h p c a cây tr ng ph thu c vào các y u t chính
nh : c

ng đ ánh sáng, nhi t đ ,l

3.1.1 nh h

ng CO2, vƠ n

c [11].

ng c a ánh sáng đ n quang h p

Ánh sáng nh h

ng đ n quang h p v hai mặt: c

ng đ sáng và quang ph

sáng.
a) C

ng đ sáng

Có hai trị s liên quan đ n quang h p đó lƠ đi m bù sáng vƠ đi m b o hòa ánh
sáng.
-

Đi m bù sáng: lƠ c
v ic

-

ng đ sáng mà t i đó c

ng đ quang h p cân bằng

ng đ hô h p

Đi m b o hòa ánh sáng: là trị s ánh sáng mà t đó c
không tăng thêm ( đ t cực đ i) mặc dù c

Hình 3.1:

nh h

ng đ sáng ti p t c tăng [11].

ng c a c ng đ ánh sáng đ n c
khi n ng đ CO2 tăng [15]

12

ng đ quang h p

ng đ quang h p


b) Quang ph c a ánh sáng:
Các tia sáng khác nhau nh h
x y ra

ng khác nhau đ n quang h p. Quang h p chỉ

mi n ánh sáng xanh, tím vƠ đ . Thành ph n ánh sáng bi n đ ng ph thu c

vƠo đ sơu (trong môi tr

Hình 3.2:

C

ng n

c), th i gian c a ngày, cây mọc d

i tán [11].

ng đ h p th ánh sáng c a các lo i sắc t quang h p [15].

3.1.2 nh h

ng c a n ng đ CO2

Cây quang h p đ
đ CO2 lúc đ u c

c

ng đ quang h p tăng tỉ l thu n sau đó tăng ch m cho t i khi

đ n trị s bão hòa CO2. V

Hình 3.3:

n ng đ CO2 th p nh t là 0,0,8 ậ 0,01%. Khi tăng n ng
t quá m c đó thì c

ng đ quang h p l i gi m [10].

Sự ph thu c c a quang h p vào n ng đ CO2 [14]
I ậ Cơy bí đ ; II - Cơy đ u

13


3.1.3 nh h
nh h

ng c a n

ng c a n

c

c đ n sự đóng m khí kh ng, nên nh h

h p th CO2 vƠo lá đ ti n hành các ph n ng quang h p. N

ng đ n kh năng

c quy t định t c đ

v n chuy n các s n phẩm quang h p ra kh i lá. Thi u n

c s n phẩm quang h p s

bị tắc ngh n d n đ n c ch quang h p. Khi cây thi u n

c đ n 40 ậ 60% thì quang

h p s gi m hoặc ng ng quang h p [11].

3.1.4 nh h
Nhi t đ

nh h

ng c a nhi t đ
ng đ n các ph n ng Enzim ch y u trong pha t i c a quang

h p. Đ i v i m t s lo i cây kh năng quang h p tăng theo nhi t đ đ n giá trị t i

u. Trên ng ỡng đó quang h p s gi m d n.
Khi nhi t đ quá l nh 0oC , m t s cây tr ng s có hi n t
thi t nóng
qu

ng ch t rét; th i

trên 40o C Cây khô héo và có th bị ch t. Cây tr ng quang h p hi u

các nhi t đ nh sau:12oC-24oC; 18oC-21oC; 24oC.v.v.. tùy theo t ng lo i cây

tr ng [11].

Hình 3.4: nh h ng c a nhi t đ đ n quang h p [14]
1. Khoai tây ; 2. Cà chua ; 3 D a chu t

14


B ng 1: Nhi t đ sinh tr

ng c a m t s lo i cây tr ng

Gi i h n trung bình

Gi i h n r ng

Tên rau

Cao

Th p

Tên rau

Cà

18÷30

÷

Súp l xanh

÷

t

18÷30

÷

Đ u tằm

÷

C n tây

10÷22

÷

Bi xen

÷

Măng tơy

15÷30

÷

C i bắp

÷

D a chu t

20÷30

÷

T i tây

÷

÷

Hành tây

÷

÷

÷

Cà chua

÷

C ic

÷

÷

Cà R t

÷

Đ u bắp

÷

÷

C c iđ

8÷30

Bí ngô

Ngô đ

ng

3.1.5 nh h

Cao

Th p

ng c a nguyên t khoáng

Các nguyên t kháng tham gia vào vào vi c c u thành nên Enzim quang h p
và di p l c c a lá cơy, đi u ti t đ đóng m c a khí kh ng vƠ liên quan đ n quá
trình phơn ly n

c [11]

3.2 Tăng năng su t cơy tr ng
Đ tăng năng su t cây tr ng có nhi u cách nh chọn lựa gi ng m i, c i t o
đ t, tuy nhiên bi n pháp hữu hi u nh t lƠ tăng năng su t cây tr ng thông qua sự đi u
khi n quang h p c a cây. T c lƠ tăng di n tích b lá , tăng c

ng đ quang h p và

tăng h s kinh t .
Tăng di n tích lá: là áp d ng các bi n pháp kĩ thu t nh chăm sóc, bón phơn,
t

in

c h p lý phù ph p v i loài và gi ng cây tr ng.

15


Tăng c

ng đ quang h p: Tuy n chọn và t o gi ng m i có c

ng đ và hi u

su t quang h p cao k t h p áp d ng kĩ thu t chăm sóc h p lí.
Tăng h s kinh t : Tăng h s kinh t c a cây tr ng bằng bi n pháp chọn
gi ng và bón phân [11].

3.3 K t lu n
Đặc tính quang h p r t quan trọng cho năng su t cây tr ng, quy t định 90 ậ
95% năng su t cây tr ng. Do đó vi c tìm hi u v đặc tính quang h p c a cây tr ng,
giúp cho vi c đi u chỉnh ánh sáng, nhi t đ vƠ đ ẩm t t h n vƠ lƠm cho cây tr ng
phát tri n t t vƠ cho năng su t cao.
Đ duy trì đ

c các thông s khí h u c b n trên phù h p v i yêu c u v nông

học c a cây rau và hoa thì thi t bị ki m soát khí h u trong nhà tr ng có m t t p h p
ti u h th ng linh ho t:
-

H th ng thông gió gi m nhi t đ : Mành ẩm gi m nhi t, phun s

ng lƠm

mát, qu t thông gió.
-

H th ng gia nhi t: Máy gia nhi t áp d ng hình th c th i gió trực ti p
hoặc th i gió qua ng, h th ng rèm che.

-

H th ng b xung khí CO2: Máy phát sinh khí CO2.

-

H th ng đi u khi n c

ng đ ánh sáng: H th ng l

che ph mái, b sung c

ng đ ánh sáng (đèn natri).

-

H th ng t

i mát.

-

H th ng t

i nh giọt.

-

Qu t đ i l u không khí.

-

H th ng t

i phân bón.

16

i cắt nắng, v t li u


Ch

ng 4

TÍNH TOÁN - THI T K
4.1 Phơn tích vƠ lựa ch n ph

ng án thi t k

4.1.1 Chọn lựa c u trúc nhà tr ng

4.1.1.1 Những yêu c u trong c u trúc nhà tr ng
- C u trúc c a nhà tr ng ph i có đ c ng vững t t, đ n gi n, d thi công.
- Thoáng khí, có l

ng bắt ánh sáng t t.

- Có kh năng ngăn c n côn trùng, sâu b nh xâm nh p, tránh m a t t.
4.1.1.2 Phân tích các c u trúc nhà tr ng hi n nay .
Hi n nay, có r t nhi u mô hình nhà kính tr ng rau, các mô hình có những
đặc đi m riêng tùy theo vùng mi n, v nguyên lý đa s các mô hình là gi ng nhau,
trên đơy lƠ hai d ng mô hình nhƠ kính đi n hình.
a) Làm mái che nhà kín
Làm mái che nhà kín s có những u và khuy t đi m sau:

Hình 4.1: Nhà màng kín [13]

17