ỨNG DỤNG LED RGB NÂNG CAO NĂNG SUẤT TRỒNG RAU cải bẹ TRẮNG THEO PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG LED RGB NÂNG CAO
NĂNG SUẤT TRỒNG RAU CẢI BẸ
TRẮNG THEO PHƯƠNG PHÁP THỦY
CANH


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
LED

LIGHT EMITTING DIODE

NFT

NUTRIENT FILM TECHNIQUE

PPF

PHOTOSYNTHETIC PHOTON FLUX

PPFD

PHOTOSYNTHETIC PHOTON FLUX DENSITY

PAR

PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION

PWM

PULSE WIDTH MODULATION

DLI

DAILY LIGHT INTEGRAL

RGB

RED –GREEN-BLUE

SPD

SPECTRAL POWER DISTRIBUTION

PID

PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE

PC

PHOTON COATING


PHẦN A : ỨNG DỤNG ĐÈN LED NÂNG CAO NĂNG SUẤT
TRỒNG RAU CẢI BẸ XANH THỦY CANH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/68

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH HỒI
LƯU NFT
1.1 Giới thiệu
N.F.T là hệ thống (Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng) khá phổ biến với những người
nuôi trồng thủy canh tại nhà. Chủ yếu là vì nó là thiết kế khá đơn giản. Tuy nhiên
hệ thống NFT chỉ phù hợp và thường được sử dụng nhất để trồng các loại cây mọc
nhanh( chủ yếu các loại rau ngắn ngày ) .
Trong khi có rất nhiều cách khác nhau để thiết kế một hệ thống NFT nhưng tất cả
chúng đều có chung một đặc điểm là dùng chất dung dịch dinh dưỡng hòa tan vào
nước thông qua máy bơm rồi hồi lưu lên các ống. Nơi rễ cây tiếp xúc với nước, và
hấp thu chất dinh dưỡng từ nó.
1.1.1 Đặc điểm của hệ thống NFT
Bể chứa dung dịch để pha dinh dưỡng vào nước , một máy bơm để hồi lưu nước ,
một ống cấp nước từ máy bơm lên
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NFT
NFT là hệ thống hoạt động khá đơn giản. Thủy canh NFT là hình thức canh tác cây
trồng không dùng đất , mà dùng chất dinh dưỡng hòa tan vào nước đặt trong bể
chứa, thau chậu .., nước sẽ thông qua máy bơm để hồi lưu nước về , rễ cây thông
qua đó sẽ hấp thụ các chất dinh dưỡng để phát triển

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/68

Hình 1-1: Ảnh minh họa thủy canh NFT

Hình 1-2: Vườn thủy cảnh tại làng đại học A&C

1.2 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp thủy canh NFT
Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/68

•

1.1.3 Ưu điểm
Có thể loại bỏ được các côn trùng gây hại

•

Tiết kiệm nước bởi vì hệ thồng chạy máy bơm tuần hoàn hồi lưu nước về bể
chứa

•

Giảm được chi phí chắm sóc, công sức hằng ngày .

•

Tăng năng suất rau từ 20-500% (Lê Đình Lương , 1995 )[8]

•

Không hóa chất độc hại

•

Người trồng sẽ chủ động điều chỉnh chất dinh dưỡng cho từng loại rau.

•

Tránh được tác hại do các yếu tố môi trường

•

Mặc dù chi phí hơi cao nhưng mô hình trồng Thủy canh NFT có tuổi thọ gần
10 năm.

1.1.4 Nhược điểm
• Chi phí lắp ráp mô hình khá cao
• Hệ thống NFT rất nhạy cảm về việc gián đoạn dòng nước hồi lưu, vì vậy việc
cúp điện lâu dài sẽ làm ngừng dòng chảy , rau sẽ bắt đầu héo rất nhanh
• Tuy rau sạch và năng suất cao hơn nhưng rau sẽ có vị nhạt hơn .
1.3 Các dụng cụ cần thiết để lắp ráp mô hình

 Rọ để gieo hạt

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/68

Hình 1-3: Rọ để trồng rau thủy canh

 Máy bơm hồi lưu nước

Hình 1-4: Máy bơm trồng rau thủy canh

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/68

 Máng nhựa để trồng rau :

Hình 1-5: Máng trồng rau thủy canh

 Thanh sắt chữ V để dựng dàn

Hình 1- 6: Thanh sắt chữ v

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/68

 Ống nhựa để dẫn nước hồi lưu

Hình 1-7:Ống nhựa hồi lưu nước

 Hạt gieo rau

Hình 1-8: Hạt gieo rau

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/68

 Bút đo nồng độ dinh dưỡng

Hình 1-9: Bút đo dinh dưỡng

 Ngoài ra còn một số dụng cụ như : ốc , vít ,co nối ống , silicon

1.4 Hướng nghiên cứu phát triển mô hình
 Phương pháp thủy canh NFT sử dụng chất dinh dưỡng hòa tan trong nước để
nuôi dưỡng rau ,phương pháp này sự dụng nguồn ánh sáng trực tiếp từ mặt
trời để cũng cấp đủ lượng ánh sáng cho rau . Nhưng đối với những người dân
sống trong thành phố dẫn cư đông đúc , thì để tìm đất để trồng rau sự dụng
ánh sáng mặt trời theo phương pháp thủy canh NFT thì thực sự khó khăn .Vì
thế đồ án này tôi muốn nghiên cứu và phát triển mô hình theo hướng khoa
học sự dụng ánh sáng quang phồ của đèn led RGB để cung cấp ánh sáng cho
cây .Tôi sẽ xây dựng mô hình để so sánh liệu led rgb có thể cho cây phát
triển tốt hơn led đơn sắc không , từ đó suy ra liệu rau có thể hấp thụ quang
phổ tốt trong dãy sóng PAR không

 Bên cạnh đó sẽ lập trình ardunio và sử dụng module HC05 bluetooth và viết
app thông qua điện thoại smartphone để điều khiển độ rọi và phối màu cho
đèn led rgb

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/68

CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG ĐÈN LED RGB VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÔ
HÌNH BẰNG ARDUINO
1.5 Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của chip LED RGB.
1.1.5 Cấu tạo :
Led RGB có 4 chân , trong đó có 1 chân dương chung và ba chân âm riêng phù hợp
với từng màu :
• R: red: đỏ
• G: green: xanh lá
• B: blue : xanh dương
Để điều chỉnh được độ sáng và phối màu ta chỉ cần điều chỉnh điện ngõ ra bằng
phương pháp băm xung pwm .
1.1.6 Phân loại :
LED RGB có hai loại: cực âm chung (cathode)và cực dương chung (anode)

Hình 2-1: LED RGB cathode chung

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/68

Hình 2-2: LED RGB anode chung

1.1.7 Nguyên lý hoạt động
-Để điều chỉnh được màu sắc của led rgb ta chỉ cần điều chỉnh mỗi chân của diode
-Để điều chỉnh được độ sáng và phối màu ta chỉ cần điều chỉnh điện ngõ ra bằng
phương pháp băm xung pwm .
-Băm xung pwm là để điều khiển công suất phát ra độ sáng của đèn led
-Để phối màu được led rgb ta cũng có thể thực hiện nó bằng cách dùng ardunio và
dùng hàm analogwrite
1.6 Tìm hiểu về arduino và phần mềm MIT APP INVENTOR để lập trình
phối màu chip led rgb thông qua module HC05

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/68

Hình 2-3 :Arduino uno r3

 Module bluetooth HC05:
Chức năng của module hc05: Nhận thông tin từ app trên smartphone xuất ra
ba chân PWM để chỉnh màu led RGB

Hình 2-4: Module bluetooth HC05

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/68

Hình 2-5: Cảm biến ánh sáng BH1750

1.1.8 Lập trình ardunio điều khiển LED RGB
1.1.1.1 Hình ảnh lập trình trên ardunio

Hình 2-6 Giao diện lập trình điều khiển LED RGB trên arduino

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/68

Hình 2-7: Lập trình điều khiển LED RGB
1.1.1.2 Code lập trình

1.1.9 Lập trình phần mềm MIT APP INVENTOR điều khiển module
HC05
1.1.1.3 Tổng quan về MIT APP INVENTOR

MIT APP INVENTOR là một môi trường lập trình trực quan cho phép mọi người

các ứng dụng đầy đủ chức năng cho smartphone và máy tính bảng .
1.1.1.4 Các yêu cầu lập trình
•

Kết nối bluetooth với arduino thông qua module HC05

•

Lựa chọn màu trên vòng tròn màu sắc

•

Nhập từng giá trị cho led rgb
1.1.1.5 Giao diện của block trên app

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/68

Hình 2-8: Block lập trình app

Hình 2-9: Block lập trình app

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/68

Hình 2-10: Block lập trình app

Hình 2-11: Block lập trình app

1.1.1.6 Giao diện màn hình điện thoại khi kết nối module bluetooth thông qua trình phần
mềm mit app inventor

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/68

Hình 2-12: Giao diện trên smartphone

Hình 2-13: : Giao diện trên smartphone

1.7 Tổng quan về PID
1.1.10 Khái niệm :
Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/68

-PID là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển được sử dụng rỗng rãi trong công
nghiệp hoặc các thuật toán để tìm ra sai số giữa giá trị đặt và giá trị mong muốn

Hình 2-14: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID

 Khâu tỉ lệ : Được gọi là độ lợi làm thay đổi giá trị đầu ra

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/68

Hình 2-15:Đồ thi PV theo thời gian theo Kp

 Khâu tích phân : Được gọi là độ lợi tích phân

tỉ lệ thuận với biên độ sai số

Hình 2-16: Đồ thi PV theo thời gian theo Ki

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/68

 Khâu vi phân: được gọi là độ lợi vi phân xác định độ dốc theo sai số thời

gian.

Hình 2-17: Đồ thi PV theo thời gian theo Ki



Kết luận : Mục đích sử dụng PID trong mô hình thủy canh đó là giữ độ lux chính
xác và từ đó feedback về chân pwm để xuất ra tín hịu chính xác cường độ ánh sáng
mà rau đang hấp thụ.
1.8 Xây dựng mô hình dùng LED RGB tích hợp tự động hóa dùng arduino
1.1.11 Giới thiệu chung mô hình
-Mô hình được lắp ráp 4 tầng , có 4 bánh xe để di chuyển , chiều cao khoảng 2m ,
dài khoảng 1m , rộng khoảng 0.5m
-Mô hình được dựng bằng khung sắt chữ v

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/68

-Tầng 1 là nơi để bể chứa có máy bơm để hòa tan dung dịch , 3 tầng còn lại là nơi
để các máng song song với nhau để trồng rau , phía trên mỗi giàn sẽ để lắp đèn led
rgb và led đơn sắc thông qua bộ điều khiển
1.1.12 Mô hình mô phỏng
1.1.13 Hình ảnh tiến hành xây dựng mô hình và chăm sóc rau .

Hình 2-18: Dựng dàn 4 tầng

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/68

Hình 2-19: Lắp gỗ lên giàn mỗi tầng

Hình 2-20: : Lắp máng và hệ thống cấp thoát nước cho giàn

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/68

Hình 2-21: Gieo hạt trong miếng xốp

Hình 2-22: Gia công LED RGB

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/68

Hình 2-23: : Gia công LED RGB

Hình 2-24: Pha chất dinh dưỡng

Ứng dụng LED RGB nâng cao năng suất cải bẹ trắng
theo phương pháp thủy canh