Sáng kiến kinh nghiệm Mô hình chăm sóc cây trồng tự động bằng cảm biến

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Mô hình chăm sóc cây trồng tự động bằng cảm biến

1. MỤC LỤC I: Lý do chọn đề tài . 1-2 II: Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2-3 III: Mục tiêu nghiên cứu 1. Các nguyên liệu làm sản phẩm 3-12 2. Các bước lắp giáp 3. Nguyên tắc hoạt động 4. Tính mới tính sáng tạo . 5. Khả năng áp dung 6. Hiệu quả đạt được IV. Kết luận và kiến nghị . . 13-14 0
2. I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, môi trường đang ngày càng ô nhiễm, thực phẩm, đặc biệt là rau xanh được sử dụng chất hóa học, chất kích thích, thuốc bảo vệ thực vật tràn lan gây ảnh hưởng xấu đến người tiêu dùng. Chính vì vậy, người ta hướng tới trồng rau sạch đạt tiêu chuẩn hoặc tự tay trồng rau sạch tại nhà. Xã Văn Lang nơi em đang sinh sống là địa phương chuyên làm rau xanh và đặc biệt là cây bí đao. Nhưng thời tiết ở miền Bắc, vào mùa đông nhiệt độ thường rất lạnh và đi kèm theo hiện tượng sương mù, sương muối ảnh hưởng rất lớn tới việc trồng và chăm sóc cây trồng, dẫn đến việc người dân làm rau và bí đao thường xuyên phải sử dụng thuốc trừ sâu hóa học khi trồng và chăm sóc cây. Việc sử dụng thuốc hóa học như vậy gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm, sức khỏe người tiêu dùng và sức khỏe của người dân trồng rau. Trước vấn đề đặt ra đó, đòi hỏi cần có một thiết bị thay thế con người chịu trách nhiệm cung cấp cho cây những điều kiện tốt nhất để phát triển: nhiệt độ thích hợp, đủ ánh sáng, cung cấp đủ độ ẩm cho đất, tránh được các điều kiện bất lợi từ môi trường giúp cây phát triển tốt, chất lượng tốt. Hiện nay, trên thị trường, giá của một giàn tưới tự động được các công ty về cây xanh cung cấp có giá khá cao, vì vậy, nhóm chúng em nghĩ ra và lựa chọn đề tài: “Mô hình chăm sóc cây trồng tự động bằng cảm biến” giúp người dân trồng rau có thế giảm việc dùng thường xuyên thuốc trừ sâu hóa học và giảm ngày công lao động, tiết kiệm chi phí và nguồn nước tự nhiên. 1
3. Hình 1: Trồng cây ngoài trời rất dễ gặp những điều kiện bất lợi II. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Ý nghĩa khoa học: Việc trồng cây dưới mái che tích hợp hệ thống cung cấp các điều kiện cho cây sẽ làm cây trồng phát triển một cách toàn diện, đạt năng suất và chất lượng cao, giúp cho người trồng thu được hiệu quả cao nhất. Bên cạnh đó, cây trồng trong môi trường đầy đủ các điều kiện thích hợp sẽ đạt được hàm lượng dinh dưỡng tối ưu cung cấp cho người tiêu dùng Tưới tiêu tự động với một hàm lượng vừa đủ giúp tiết kiệm đáng kể lượng nước lãng phí so với tưới thông thường, góp phần tiết kiệm nước, giảm thiểu chi phí cho người trồng cây. Việc tưới nước tự động cũng góp phần làm giảm thời gian lao động của người nông dân, tiết kiệm thời gian để dành cho các công việc khác. 2. Ý nghĩa thực tiễn: Đối với người trồng, việc cây trồng được chăm sóc ở một môi trường đầy đủ điều kiện sẽ giúp cho người đó có nhiều thời gian sử dụng vào các công việc khác, phát huy hiệu quả tối ưu nhất về mặt thời gian. 2
4. Việc sử dụng các thiết bị tự động đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Sử dụng thiết bị này không tốn nhiều điện năng, mà lại tạo ra các điều kiện tốt nhất cho cây trồng sinh trưởng và phát triển mạnh, đạt chất lượng tốt, giúp làm giảm công chăm sóc, giảm chi phí trong quá trình sản xuất sẽ làm giảm giá thành, có lợi có cả người sản xuất và người tiêu dùng. Khi nghiên cứu đề tài thành công và đạt kết quả, hiệu suất cao hơn, chi phí thấp hơn so với các thiết bị khác trên thị trường thì nó sẽ được sử dụng và ứng dụng rộng rãi, giúp khắc phục phần nào sự phụ thuộc và sức lao động, thời tiết cho người nông dân ở nhiều địa phương trên cả nước. III. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU SẢN PHẨM 1. Các nguyên liệu làm mô hình sản phẩm: « Tổng quan về bản mạch Arduino UNO: Là một bản mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một bản mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Hình 2: Mạch Arduino UNO 3
5. *Tổng quan về cảm biến: Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quá trình khác. Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò (Test probe), có thể có kèm các mạch điện hỗ trợ, và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi luôn là "cảm biến". Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thì thuật ngữ cảm biến ít dùng cho vật có kích thước lớn. Thuật ngữ này cũng không dùng cho một số loại chi tiết, như cái núm của công tắc bật đèn khi mở tủ lạnh, dù rằng về mặt hàn lâm núm này làm việc như một cảm biến. * Cảm biến độ ẩm: Hình 3. Cảm biến độ ẩm đất 4
6. * Mô tả và nguyên lí hoạt động của cảm biến độ ẩm đất: Cảm biến độ ẩm đất trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao. Nhờ thế, chúng ta có thể sử dụng Analog hoặc Digital của Arduino để đọc giá trị từ cảm biến. * Kết nối: Cảm biến độ ẩm đất có 4 chân: Vcc, GND, 2 ngõ ra là D0 (cho giá trị trả về mức logic 0 1) và A0 ( giúp bạn có thể đọc được chính xác hơn độ ẩm của đất). Bạn có thể dùng 1 trong 2 chân này Ở đây đọc giá trị của cả 2 chân Cảm biến độ ẩm đất Arduino UNO Vcc 5V GND GND D0 2 A0 A0 - Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: Hình 4. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm - Điện áp đầu vào từ 3 đến 5VDC. - Kích thước 15x12x5.5mm. - Các chân cách nhau 0.1". 5
7. - Đo tốt ở dải nhiệt độ từ 0 đến 50 độ C sai số +- 2 độ C. - Đo tốt ở độ ẩm 2080 % RH Sai số 5%. - Tần số lấy mẫu tối đa 1%. - Dùng đo nhiệt đô và độ ẩm. - Dùng để nghiên cứu học tập bộ môn điện tử. - Dùng đo nhiệt độ môi trường xung quanh. - Dùng đo độ ẩm xung quanh. - Tương thích với nhiều dòng vi điều khiển như 8051 - Pic - AVT * Máy bơm: Hình 6. Máy bơm * Thông số kĩ thuật: Điện áp DC 6-12v Dòng tiêu thụ 0.6-2A Công suất 5-12W Nhiệt độ hoạt động 80 độ C Lưu lượng 1-2l/phút Kích thước 90x40x35mm Đầu hút cách nước <=1.5m Đầy nước cao <=2m 6
8. * Màn hình LCD, nút bấm: Hình 7. Màn hình LCD, nút bấm - Điện áp 5V DC * Quạt gió: Hình 8. Quạt gió - Điện áp 5V - Kích thước 8x8cm - Dòng tiêu thụ 0.06-0.26A - Công suất 0.08-2.66 W 7
9. * Rơ le (Đóng ngắt bơm, quạt): Hình 9. Rơ le đóng ngắt bơm, quạt 2. Các bước lắp giáp và nguyên lý hoạt động: “Mô hình chăm sóc cây trồng tự động bằng cảm biến” 8
10. Hình 10. Mô hình chăm sóc cây trồng tự động bằng cảm biến Hình 11. Cảm biến độ ẩm với máy bơm nước Hình 12. Cảm biến nhiệt độ với Arduino UNO 9
11. * Lắp ráp quạt thông gió vào mô hình: Hình 13. Quạt thông gió 3. Nguyên tắc hoạt động: Khi đất thiếu nước cảm biến độ ẩm đất sẽ chuyển trạng thái sang mức cao (5V) từ đó cảm biến độ ẩm sẽ tác động đến rơ-le khởi động bơm nước, làm máy bơm hoạt động tự động tưới nước cho cây trồng. Khi máy bơm tưới nước đủ độ ẩm đất, cảm biến độ ẩm đất sẽ tác động đến rơ-le làm ngắt máy bơm tưới nước. Khi nhiệt độ lên cao, nhiệt độ sẽ được báo trên màn hình LCD, cảm biến nhiệt độ tác động đến rơ-le khởi động quạt gió chạy làm hạ nhiệt độ trong hộp. Khi nhiệt độ giảm, cảm biến nhiệt độ tác động đến rơ-le tự động ngắt quạt gió làm ngừng hoạt động quạt thông gió. Hệ thống mái che tự đông sẽ làm cho cây trồng không bị gãy, dập nát khi trời mưa và làm giảm thiểu hiện tượng xói mòn đất cũng như giảm đáng kể lượng sâu bọ gây hại cho cây trồng. 4. Tính mới, tính sáng tạo của sản phẩm: Hiện nay trên thị trường các loại máy móc phục vụ sản xuất nông nghiệp rất đa dạng, có hiệu quả tương đối cao. Tuy nhiên, để mua sắm được các loại máy hiện đại ấy giá thành cao so với thu nhập của người nông dân. Sản phẩm chăm sóc cây trồng bằng máy cảm biến tự động không cần 10
12. dùng tới kỹ thuật phức tạp vì cấu tạo sản phẩm đơn giản, dễ gia công, dễ lắp đặt, giá thành rẻ, tận dụng được những vật liệu dễ tìm kiếm ở địa phương như: các linh kiện điện tử thông dụng, tận dụng một số đồ dùng có sẵn trong gia đình để lắp ráp ra sản phẩm. Chăm sóc cây trồng bằng máy cảm biến tự động cung cấp một hàm lượng nước vừa đủ, giúp tiết kiệm lượng nước tưới so với cách tưới nước cổ truyền sẽ gây lãng phí nguồn nước. Tưới lượng nước vừa đúng với nhu cầu nước của cây trồng và độ ẩm của đất, không có lượng nước thừa cũng như tổn thất trong quá trình tưới. Nhờ kết cấu đơn giản và vận hành tiện lợi nên tưới nước bằng máy cảm biến tự động có thể tăng được số lần tưới lên tùy ý và giảm khối lượng nước tưới mỗi lần, nên đất sẽ không bị dư độ ẩm, thừa nước trong đất. Tưới tiêu bằng máy cảm biến tự động góp phần tiết kiệm nguồn điện năng, giảm thiểu chi phí cho người trồng cây. Sản phẩm có hiệu quả cho hầu hết các cây trồng như: hoa, chè, cây ăn quả Việc tưới nước tự động cũng góp phần làm giảm thời gian lao động của người nông dân, tiết kiệm thời gian để dành cho các công việc khác. Tạo ra nông sản có chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm giúp cho người dân giảm bớt sức lao động, giảm chi phí trong quá trình sản xuất và góp phần nâng cao thu nhập kinh tế từ sản xuất nông sản trong nông nghiệp. 5. Khả năng áp dụng của sản phẩm: Với thời gian nghiên cứu chưa lâu và bản thân chúng em vẫn còn là học sinh THCS nên việc nghiên cứu của chúng em có nhiều hạn chế. Trong điều kiện nghiên cứu cần có điều kiện và thiết bị như: diện tích đất thử nghiệm, nhà che bằng tôn thép hoặc kính, hệ thống giàn tưới nước bằng ống thép hoặc Inox với điều kiện của mình, chúng em chưa có, nên sản phẩm của mới chỉ dừng ở giai đoạn đầu. Đó là chế tạo được mô hình với các vật liệu có sẵn như: ống nhựa, hộp nhựa trong suốt, bộ nguồn máy tính cũ, mô-tơ và máy bơm nước loại nhỏ trên cơ sở lí thuyết và vận dụng mô hình mô tả loại nhỏ. Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực tiễn quan sát về điều kiện địa hình và thời tiết địa phương, quy trình sản xuất và chăm sóc nông sản của người nông 11