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

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 ?

Giải rút gọn:

- Xác định yêu cầu:

- Lựa chọn các thành phần:

- Thiết kế mạch điện:

- Lập trình bộ điều khiển:

- Kiểm tra và vận hành hệ thống:

1. CÔNG NGHỆ TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT

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

Giải rút gọn:

- Tưới phun mưa:

- Tưới phun sương:

- Tưới nhỏ giọt:

- Tưới kết hợp:

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

Giải rút gọn:

1. Hệ thống tưới:

- Tưới phun mưa

- 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 sát

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

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

Giải rút gọn:

- Yếu tố môi trường:

+ Nhiệt độ

+ Độ ẩm

+ Lượng mưa

- Yếu tố cây trồng:

+ Loại cây trồng

+ Giai đoạn phát triển

- Yếu tố hệ thống tưới:

+ Loại hệ thống tưới: 

+ Lưu lượng nước

+ Áp suất nước

- Yếu tố kỹ thuật:

+ Bộ điều khiển

+ Cảm biến

+ Van điện từ: 

Câu 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

Giải rút gọn:

- Hoạt động của hệ thống:

+ Cảm biến độ ẩm 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

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

Giải rút gọn:

- Tưới nhỏ giọt:

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

- Tưới phun sương:

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

- Tưới phun mưa:

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

Câu 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.

Giải rút gọn:

- 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.

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

Giải rút gọn:

- 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

Câu 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.

Giải rút gọn:

- 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.