CHỦ ĐỀ 2. MỘT SỐ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

PHẦN I: CÁC CÂU HỎI TRONG SGK

KHỞI ĐỘNG

Quan sát Hình 2.1 và cho biết tên gọi, công dụng của những cảm biến này trong nông nghiệp.

1. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Câu 1: Em hãy mô tả cấu tạo bên ngoài của cảm biến nhiệt độ ở Hình 2.2a.

2. CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT

Câu 2: Em hãy mô tả cấu tạo bên ngoài của cảm biến độ ẩm đất ở Hình 2.4a.

3. CẢM BIẾN ÁNH SÁNG

Câu 3: Em hãy mô tả cấu tạo bên ngoài của cảm biến ánh sáng ở Hình 2.5a

4. CẢM BIẾN pH

Câu 4: Em hãy nêu công dụng của cảm biến pH ở Hình 2.6a

5. RƠ LE THỜI GIAN

Câu 5: Em hãy kể tên những bộ phận chính của rơ le thời gian và xác định các cặp tiếp điểm của rơ le theo số thứ tự như Hình 2.7b.

LUYỆN TẬP

Câu 1: Em tìm hiểu và cho biết tên gọi, công dụng, thông số kĩ thuật của các cảm biến thông dụng trong Bảng 2.1

Câu 2: Em hãy kể tên một ứng dụng của mỗi cảm biến có ở Bảng 2.1 trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao.

VẬN DỤNG

Câu 1: Em hãy đề xuất những cảm biến dùng để đo, giám sát và điều chỉnh các thông số cần thiết cho vườn rau như minh hoạ ở Hình 2.8.

PHẦN II: 5 PHÚT SOẠN BÀI

KHỞI ĐỘNG

-  Cảm biến độ ẩm đất:

+ Công dụng: Đo độ ẩm của đất và gửi tín hiệu đến hệ thống tưới để điều chỉnh lượng nước tưới phù hợp.

+ Lợi ích:

. Tiết kiệm nước và đảm bảo cây trồng luôn được cung cấp đủ nước.

. Giảm thiểu công lao động trong việc tưới tiêu.

- Cảm biến nhiệt độ:

+ Công dụng: Đo nhiệt độ môi trường xung quanh và gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển để điều chỉnh nhiệt độ trong nhà kính (nếu có).

+ Lợi ích:

. Giúp kiểm soát nhiệt độ, tạo môi trường thích hợp cho cây trồng sinh trưởng.

. Nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

- Cảm biến ánh sáng:

+ Công dụng: Đo cường độ ánh sáng và gửi tín hiệu đến hệ thống che chắn để điều chỉnh lượng ánh sáng cho cây trồng.

+ Lợi ích:

. Giúp cây trồng quang hợp tốt hơn.

. Tránh cây trồng bị ảnh hưởng bởi ánh sáng quá mạnh hoặc quá yếu.

1. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Câu 1:

- Mô tả cấu tạo bên ngoài của cảm biến nhiệt độ ở Hình 2.2a:

- Cảm biến nhiệt độ có dạng hình trụ nhỏ, với kích thước khoảng 2cm x 1cm. Cấu tạo bên ngoài của cảm biến bao gồm:

+ Đầu dò: Nằm ở phần đầu của cảm biến, có dạng hình chóp nhỏ nhọn. Đầu dò là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi trường để đo nhiệt độ.

+ Dây nối: Nối liền đầu dò với mô đun cảm biến. Dây nối thường có màu đỏ hoặc đen, và được bọc cách điện.

+ Đầu dây nối giữa cảm biến và mô đun: Nằm ở phần cuối của dây nối, có dạng giắc cắm hoặc đầu kẹp. Đầu dây nối giúp kết nối cảm biến với mô đun cảm biến.

2. CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT

Câu 2:

- Cảm biến độ ẩm đất có dạng hình trụ dài, với kích thước khoảng 10cm x 2cm. Cấu tạo bên ngoài của cảm biến bao gồm:

- Đầu dò:

+ Nằm ở phần đầu của cảm biến, có dạng hình trụ nhỏ.

+ Đầu dò là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với đất để đo độ ẩm.

+ Đầu dò thường được làm bằng vật liệu dẫn điện tốt như thép không gỉ hoặc đồng.

- Thân cảm biến:

+ Nối liền đầu dò với phần còn lại của cảm biến.

+ Thân cảm biến thường được làm bằng nhựa hoặc kim loại.

- Dây nối:

+ Nối liền cảm biến với mô đun cảm biến.

+ Dây nối thường có màu đỏ hoặc đen, và được bọc cách điện.

- Đầu dây nối giữa cảm biến và mô đun:

+ Nằm ở phần cuối của dây nối, có dạng giắc cắm hoặc đầu kẹp.

+ Đầu dây nối giúp kết nối cảm biến với mô đun cảm biến.

3. CẢM BIẾN ÁNH SÁNG

Câu 3: 

- Cảm biến ánh sáng có dạng hình trụ nhỏ, với kích thước khoảng 1cm x 0.5cm. Cấu tạo bên ngoài của cảm biến bao gồm:

- Vỏ cảm biến:

+ Làm bằng nhựa hoặc kim loại, có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong của cảm biến.

+ Vỏ cảm biến thường có màu đen hoặc trắng.

- Mắt cảm biến:

+ Nằm ở mặt trước của cảm biến, có dạng hình tròn hoặc hình vuông nhỏ.

+ Mắt cảm biến là bộ phận tiếp nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện.

+ Mắt cảm biến thường được làm bằng vật liệu nhạy sáng như photodiode hoặc phototransistor.

- Chân cảm biến:

+ Nằm ở mặt dưới của cảm biến, có dạng 2 hoặc 3 chân kim loại.

+ Chân cảm biến giúp kết nối cảm biến với mô đun cảm biến.

+ Chân cảm biến thường được đánh dấu bằng các ký hiệu Vcc, GND và Out.

- Nhãn ghi thông tin:

+ Ghi thông tin về loại cảm biến, dải đo ánh sáng, nhà sản xuất,…

4. CẢM BIẾN pH

Câu 4: 

- Cảm biến pH ở Hình 2.6a được sử dụng để đo độ pH của dung dịch. Độ pH là thang đo độ axit hoặc độ kiềm của dung dịch, với giá trị từ 0 đến 14.

- Công dụng cụ thể:

+ Đo độ pH của đất: Giúp người nông dân biết được độ pH của đất, từ đó điều chỉnh lượng phân bón phù hợp cho cây trồng.

+ Đo độ pH của nước: Giúp kiểm tra chất lượng nước, đảm bảo nước an toàn cho sinh hoạt và sản xuất.

+ Đo độ pH trong các lĩnh vực khác: Cảm biến pH cũng được sử dụng trong các lĩnh vực khác như y tế, công nghiệp thực phẩm, hóa chất,...

5. RƠ LE THỜI GIAN

Câu 5: 

-  Cấu tạo:

+ Cuộn dây: Tạo từ trường khi được cấp điện, tác động lên cơ cấu chấp hành.

+ Cơ cấu chấp hành: Biến đổi từ trường thành chuyển động cơ học.

+ Bộ tiếp điểm: Dùng để đóng cắt mạch điện.

+ Bộ phận chỉnh thời gian: Điều chỉnh thời gian trễ đóng/ngắt của rơ le.

+ Nắp che: Bảo vệ các bộ phận bên trong.

-  Xác định các cặp tiếp điểm:

+ Cặp tiếp điểm thường đóng (NO): 1 - 2

+ Cặp tiếp điểm thường mở (NC): 3 - 4

+ Cặp tiếp điểm chuyển đổi (CO): 5 - 6

LUYỆN TẬP

Câu 1:

Câu 2: 

- Cảm biến nhiệt độ:

- Ứng dụng: Theo dõi nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ đất để điều chỉnh hệ thống sưởi ấm, làm mát, đảm bảo nhiệt độ phù hợp cho từng giai đoạn phát triển của cây trồng. Ví dụ, sử dụng cảm biến nhiệt độ để điều khiển hệ thống quạt thông gió, hệ thống sưởi ấm trong nhà kính giúp cây trồng sinh trưởng tốt trong điều kiện thời tiết bất lợi.

- Cảm biến độ ẩm:

- Ứng dụng: Theo dõi độ ẩm đất và độ ẩm môi trường để điều chỉnh hệ thống tưới tiêu tự động, đảm bảo cung cấp lượng nước phù hợp cho cây trồng, tránh tình trạng tưới quá nhiều hoặc quá ít ảnh hưởng đến sự phát triển của cây. Ví dụ, sử dụng cảm biến độ ẩm để điều khiển hệ thống tưới nước tự động theo thời gian hoặc theo độ ẩm của đất, giúp tiết kiệm nước và tăng năng suất cây trồng.

- Cảm biến pH:

- Ứng dụng: Đo độ pH của đất để điều chỉnh độ pH phù hợp cho từng loại cây trồng. Việc điều chỉnh độ pH giúp cây trồng hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Ví dụ, sử dụng cảm biến pH để điều chỉnh lượng vôi hoặc axit trong đất, giúp tạo môi trường thích hợp cho cây trồng phát triển.

- Cảm biến ánh sáng:

- Ứng dụng: Đo cường độ ánh sáng để điều chỉnh hệ thống chiếu sáng bổ sung, đảm bảo cung cấp đủ ánh sáng cho cây quang hợp. Việc sử dụng hệ thống chiếu sáng bổ sung giúp cây trồng phát triển tốt hơn trong điều kiện thiếu ánh sáng tự nhiên, đặc biệt là vào mùa đông hoặc khi trồng cây trong nhà kính.

- Rơ le thời gian:

- Ứng dụng: Hẹn giờ bật/tắt các thiết bị điện trong hệ thống sản xuất nông nghiệp công nghệ cao như hệ thống tưới tiêu, hệ thống chiếu sáng, hệ thống sưởi ấm,... giúp tự động hóa các hoạt động sản xuất, tiết kiệm thời gian và công sức. Ví dụ, sử dụng rơ le thời gian để hẹn giờ tưới nước cho cây trồng vào ban đêm, giúp tiết kiệm nước và giảm nguy cơ nấm bệnh phát triển.

VẬN DỤNG

Câu 1:

- Dựa vào hình ảnh và thông tin cung cấp, tôi đề xuất các cảm biến sau để đo, giám sát và điều chỉnh các thông số cần thiết cho vườn rau:

- Cảm biến độ ẩm đất:

+ Loại: Cảm biến điện dung, tensiometer, FDR (Frequency Domain Reflectometry)

+ Mục đích: Đo độ ẩm đất để điều chỉnh hệ thống tưới nước tự động, đảm bảo cung cấp lượng nước phù hợp cho cây trồng.

- Cảm biến độ pH:

+ Loại: Cảm biến pH điện tử

+ Mục đích: Đo độ pH của đất để điều chỉnh độ pH phù hợp cho từng loại cây trồng.

- Cảm biến nhiệt độ:

+ Loại: Thermocouple, RTD (Resistance Temperature Detector)

+ Mục đích: Đo nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ đất để điều chỉnh hệ thống sưởi ấm, làm mát, đảm bảo nhiệt độ phù hợp cho cây trồng.

- Cảm biến ánh sáng:

+ Loại: Photodiode, photoresistor

+ Mục đích: Đo cường độ ánh sáng để điều chỉnh hệ thống chiếu sáng bổ sung, đảm bảo cung cấp đủ ánh sáng cho cây quang hợp.

- Cảm biến CO2:

+ Loại: NDIR (Non-Dispersive Infrared)

+ Mục đích: Đo nồng độ CO2 trong môi trường để điều chỉnh hệ thống thông gió, đảm bảo cung cấp đủ CO2 cho cây quang hợp.