CHỦ ĐỀ 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT

PHẦN I: CÁC CÂU HỎI TRONG SGK

KHỞI ĐỘNG

Để thiết kế mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt như minh hoạ ở Hình 3.1, người thiết kế cần thực hiện theo quy trình gồm những bước nào ?

1. CÔNG NGHỆ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT

CH 1: Quan sát Hình 3.2 và kể tên những công nghệ tưới tiêu thường được sử dụng trong trồng trọt hiện nay.

CH 2: Quan sát Hình 3.3 và nêu các thành phần công nghệ được ứng dụng trong mô hình.

2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT

CH 3: Những yếu tố nào ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động?

CH 4: Quan sát Hình 3.4 và mô tả hoạt động của mô hình hệ thống ứng dụng công nghệ tưới nước tự động trong trồng trọt

LUYỆN TẬP

CH 1: Hãy mô tả công nghệ tưới nhỏ giọt, tưới phun sương và tưới phun mưa trong trồng trọt.

CH 2: Hãy giải thích hoạt động của mô hình ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt như minh hoạ ở Hình 3.3.

CH 3: Hãy nêu các bước thiết kế mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt.

VẬN DỤNG

CH 1: Em hãy cùng bạn tìm hiểu một hệ thống tưới nhỏ giọt kết hợp tưới phun sương điều khiển bằng công nghệ loT và áp dụng các bước thiết kế đã học để thiết kế mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tự động cho hệ thống này.

PHẦN II: 5 PHÚT SOẠN BÀI

KHỞI ĐỘNG

- Xác định yêu cầu:

+ Xác định loại cây trồng và nhu cầu tưới nước của chúng.

+ Xác định diện tích khu vực cần tưới tiêu.

+ Xác định nguồn nước và nguồn điện available.

+ Xác định ngân sách cho dự án.

- Lựa chọn các thành phần:

+ Lựa chọn bơm nước phù hợp với nhu cầu tưới nước.

+ Lựa chọn van điện từ phù hợp với lưu lượng nước và điện áp.

+ Lựa chọn cảm biến độ ẩm phù hợp với loại đất và độ ẩm cần đo.

+ Lựa chọn bộ điều khiển phù hợp với chức năng và khả năng lập trình.

+ Lựa chọn nguồn điện phù hợp với điện áp và công suất của các thành phần.

- Thiết kế mạch điện:

+ Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch điện.

+ Lựa chọn các linh kiện điện tử phù hợp với sơ đồ nguyên lý.

+ Vẽ sơ đồ mạch in (PCB).

+ Gia công và lắp ráp PCB.

- Lập trình bộ điều khiển:

+ Viết chương trình điều khiển van điện từ dựa trên tín hiệu từ cảm biến độ ẩm.

+ Cài đặt chương trình vào bộ điều khiển.

- Kiểm tra và vận hành hệ thống:

+ Kiểm tra hoạt động của từng thành phần trong hệ thống.

+ Chỉnh sửa chương trình điều khiển nếu cần thiết.

+ Vận hành hệ thống và theo dõi hiệu quả tưới tiêu.

1. CÔNG NGHỆ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT

CH 1: 

- Tưới phun mưa:

+ Hoạt động: Nước được phun lên cao và rơi xuống như mưa, tưới đều cho khu vực rộng lớn.

+ Ưu điểm: Tưới đều, tiết kiệm nước, dễ sử dụng.

+ Nhược điểm: Dễ làm ướt lá, tạo điều kiện cho nấm bệnh phát triển.

- Tưới phun sương:

+ Hoạt động: Nước được phun thành những hạt nhỏ li ti, tạo độ ẩm cao cho khu vực tưới.

+ Ưu điểm: Tiết kiệm nước, hiệu quả cao trong điều kiện khí hậu nóng, khô.

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, dễ bị tắc nghẽn.

- Tưới nhỏ giọt:

+ Hoạt động: Nước được tưới trực tiếp vào gốc cây, hạn chế bốc hơi và thất thoát nước.

+ Ưu điểm: Tiết kiệm nước, hiệu quả cao, hạn chế nấm bệnh.

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, cần thiết kế hệ thống phù hợp.

- Tưới kết hợp:

+ Hoạt động: Kết hợp các phương pháp tưới khác nhau để đạt hiệu quả tối ưu.

+ Ưu điểm: Tận dụng ưu điểm của các phương pháp tưới khác nhau, phù hợp với nhiều loại cây trồng và điều kiện khí hậu.

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, cần thiết kế hệ thống phức tạp.

CH 2: 

1. Hệ thống tưới:

- Tưới phun mưa: Nước được phun ra từ các béc tưới, tạo thành những tia nước nhỏ li ti tưới đều cho cây trồng.

- Bộ điều khiển:

+ Bộ hẹn giờ

+ Cảm biến độ ẩm

- Van điện từ

2. Hệ thống bón phân:

Bể chứa phân bón

Máy bơm phân bón

Bộ điều khiển

3. Hệ thống giám sát:

- Cảm biến độ ẩm

- Cảm biến nhiệt độ

- Camera giám sá

4. Hệ thống điều khiển:

- Bộ điều khiển trung tâm

- Kết nối internet

2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT

CH 3: Những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động bao gồm:

Cảm biến độ ẩm đất

Thời gian hẹn giờ

Áp lực nước

Nguồn điện

Lượng mưa và điều kiện thời tiết

Lưu lượng và phân phối nước của hệ thống

CH 4: 

- Hoạt động của hệ thống:

+ Cảm biến độ ẩm đất đo độ ẩm của đất.

+ Nếu độ ẩm đất thấp hơn mức cài đặt, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển.

+ Bộ điều khiển sẽ kích hoạt van điện từ mở van, cho phép nước chảy vào hệ thống tưới.

+ Bơm nước sẽ hút nước từ nguồn nước và đưa nước vào hệ thống tưới.

+ Hệ thống tưới sẽ tưới nước cho từng khu vực.

+ Sau khi tưới đủ lượng nước cài đặt, bộ điều khiển sẽ kích hoạt van điện từ đóng van.

LUYỆN TẬP

CH 1: 

- Tưới nhỏ giọt:

+ Nước chảy chậm rãi qua các béc nhỏ, tưới trực tiếp vào gốc cây.

+ Ưu điểm: Tiết kiệm nước hiệu quả, hạn chế cỏ dại, giảm nấm bệnh.

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, dễ tắc nghẽn, chỉ phù hợp với cây thấp, rễ nông.

- Tưới phun sương:

+ Nước được phun thành những hạt nhỏ li ti như sương, tưới cho cây.

+ Ưu điểm: Tiết kiệm nước, làm mát, tăng độ ẩm, giảm nấm bệnh.

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao, dễ tắc nghẽn, ảnh hưởng bởi gió.

- Tưới phun mưa:

+ Nước được phun thành những tia nhỏ li ti, mô phỏng như mưa, tưới đều cho cây.

+ Ưu điểm: Tưới nhanh, hiệu quả, giảm nấm bệnh.

+ Nhược điểm: Dễ lãng phí nước, xói mòn đất, chi phí đầu tư cao.

CH 2: 

- Hệ thống điện: Cung cấp nguồn điện cho các thiết bị trong hệ thống như bộ điều khiển, bơm nước, van điện từ.

- Bộ điều khiển:

+ Là bộ não của hệ thống, điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống tưới.

+ Nhận thông tin từ các cảm biến về độ ẩm đất, nhiệt độ, lượng mưa.

+ Dựa vào thông tin thu thập được, bộ điều khiển sẽ đưa ra quyết định về thời gian tưới, lượng nước tưới và các chức năng khác.

- Cảm biến:

+ Cảm biến độ ẩm đất: Đo độ ẩm của đất để xác định thời điểm cần tưới nước.

+ Cảm biến nhiệt độ: Đo nhiệt độ môi trường để điều chỉnh lượng nước tưới phù hợp.

+ Cảm biến lượng mưa: Đo lượng mưa để điều chỉnh lượng nước tưới.

- Van điện từ: Điều khiển dòng chảy của nước, đóng mở van để tưới nước cho từng khu vực.

- Bơm nước: Hút nước từ nguồn nước và đưa nước vào hệ thống tưới.

- Hệ thống tưới: 

+ Có thể sử dụng hệ thống tưới phun mưa, tưới nhỏ giọt hoặc tưới phun sương.

+ Phân phối nước đến từng khu vực tưới.

CH 3: 

- Bước 1: Xác định nhiệm vụ thiết kế.

- Bước 2: Lựa chọn thiết bị điện và xác định mối liên hệ về điện giữa các thiết bị.

- Bước 3: Vẽ sơ đồ mạch điện.

VẬN DỤNG

CH 1: 

- Bước 1: Xác định yêu cầu hệ thống:

+ Loại cây trồng: Cây ăn quả, rau, hoa,...

+ Diện tích tưới: Diện tích nhỏ, vừa, lớn.

+ Nguồn nước: Nước máy, nước giếng, nước mưa.

+ Yêu cầu điều khiển: Tự động theo thời gian, theo độ ẩm, điều khiển từ xa.

- Bước 2: Lựa chọn các thành phần:

+ Bộ điều khiển: Arduino, ESP8266, Raspberry Pi,...

+ Cảm biến: Cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến mưa.

+ Van điện từ: 2 van cho hệ thống tưới nhỏ giọt và tưới phun sương.

+ Bơm nước: Bơm mini 12V hoặc 24V.

+ Hệ thống tưới: Ống dẫn, béc tưới nhỏ giọt, béc tưới phun sương.

+ Nguồn điện: Pin năng lượng mặt trời, adapter 12V hoặc 24V.

- Bước 3: Thiết kế mạch điện

- Bước 4: Lắp ráp và thử nghiệm:

+ Lắp ráp các thành phần theo sơ đồ nguyên lý.

+ Cài đặt chương trình cho bộ điều khiển.

+ Thử nghiệm hệ thống và điều chỉnh các thông số cài đặt cho phù hợp.

- Bước 5: Hoàn thiện và ứng dụng:

+ Lắp đặt hệ thống tưới vào khu vực trồng trọt.

+ Kết nối hệ thống với internet (nếu có).

+ Theo dõi và giám sát hoạt động của hệ thống.