Khkt 2022 2023

CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ NĂM HỌC 2022 -2023 DỰ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NUÔI TRỒNG THỦY CANH THÔNG MINH TRONG GIA ĐÌNH LĨNH VỰC: VẬT LÍ KỸ THUẬT

CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ NĂM HỌC 2022 -2023

DỰ ÁN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NUÔI TRỒNG THỦY CANH THÔNG MINH TRONG GIA ĐÌNH

LĨNH VỰC: VẬT LÍ KỸ THUẬT ĐƠN VỊ: TRƯỜNG THCS ĐỊNH SƠN

Người thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà lớp 9A

Phạm Thị Thanh Tâm lớp 9B Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Hương

Cẩm Giàng, tháng 10 năm 2022

MỤC LỤC

TÓM TẮT DỰ ÁN 4

1 Lý do chọn đề tài 4

1.1 Từ thực tiễn cuộc sống 4

1.2 Vấn đề nghiên cứu 5

1.3 Ý nghĩa nhân văn và tính hiệu quả của dự án 7

2 Mục đích nghiên cứu 7

2.1 Nghiên cứu mô hình nuôi trồng thủy canh hiện đã có 7

2.2 Xây dựng ý tưởng “Thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông minh trong gia đình ” với: 8

3 Kế hoạch và phương pháp nghiên cứu 8

3.1 Kế hoạch nghiên cứu 8

3.2 Phương pháp nghiên cứu 9

4 Danh mục vật tư và thiết bị 10

4.1 Bể cá 10

4.2 Máy bơm nước 10

4.3 Bộ điều khiển BSP8266 10

Bộ điều khiển BSP8266 10

4.4 Tấm bin năng lượng mặt trời 11

4.7 Hệ thống bơm 11

4.8 Điện thoại 11

4.9 Hệ thống đèn chiếu sáng 11

5 Ý tưởng sáng tạo 11

5.1 Giải pháp kỹ thuật 11

5.1.1 Phần cơ khí 11

5.1.2 Phần cấu hình trạm phát điện 12

6 Thuyết minh 12

7 Thảo luận 12

7.1 Khả năng ứng dụng 12

7.2 Tính sáng tạo 13

8 Hướng phát triển của dự án 13

LỜI CẢM ƠN 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

TÓM TẮT DỰ ÁN

- Hiện nay, do sự gia tăng dân số, sự thay đổi khí hậu, sự xói mòn đất, sự phân phối nước không đồng đều và sự ô nhiễm nguồn nước, mọi người đều đau đầu vì tình trạng thực phẩm bẩn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe Nếu trong gia đình có vườn rau, ao cá thì sẽ giúp chúng ta an tâm khi ăn uống và đỡ tốn thời gian đi chợ Do diện tích nhỏ và ít thời gian chăm sóc nên việc nuôi trồng thủy canh sẽ phù hợp với điều kiện thực tế Khu vườn nhỏ sẽ trở nên phong phú, đẹp mắt hơn nhờ có màu xanh của rau và sự bơi lội tung tăng của

đàn cá Khu vườn nhỏ không chỉ cung cấp nguồn thực phẩm sạch cho gia đình

mà còn trở thành thú vui tao nhã của các thành viên

- Ngôi nhà của gia đình em đang ở có nắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, sử dụng rất nhiều các thiết bị thông minh được ứng dụng bằng công nghệ goog leassistant (mở cửa tự động, bật, tắt các thiết bị điện tử bằng giọng nói )

nên em nghĩ rằng tại sao không thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông

minh trong gia đình để đáp ứng nhu cầu thực phẩm an toàn của gia đình mình?

- Ý tưởng đó thôi thúc chúng em nghiên cứu và sáng tạo ra sản phẩm

“Thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông minh trong gia đình ”.

1 Lý do chọn đề tài

1.1 Từ thực tiễn cuộc sống

Thực tiễn cho thấy, sự ô nhiễm về nguồn nước, đất đai bị bạc mầu xói mòn, ô nhiễm không khí ngày càng nhiều và những năm vừa qua dịch côvits hoành hành khắp nơi làm cho tình hình kinh tế giảm sút nghiêm trọng, nguồn cung ứng thực phẩm bị gián đoạn Thực trạng này đang đặt ra một nhu cầu bức thiết về việc tự cung cấp thực phẩm rau xanh, cá tươi cho gia đình

Giải pháp trồng rau sạch thủy canh sẽ mang lại giá trị thiết thực cho cuộc sống xanh của mỗi người Khi người dùng bắt đầu ý thức được tầm quan trọng của rau sạch với sức khoẻ thì mô hình trồng rau thuỷ canh đã bắt đầu phát triển Tuy nhiên, người dân có thể gặp khó khăn trong vấn đề tự lắp đặt mô hình, cách

thức để vườn rau phát triển ổn định cũng như đảm bảo đủ lượng rau cho bữa ăn hàng ngày khi không có đủ kiến thức chuyên môn nông nghiệp

Rất nhiều người vẫn còn đang băn khoăn liệu rằng có nên trồng rau thủy canh tại nhà hay không ? chúng em tin rằng trồng rau thủy canh tại nhà sẽ là một trong những quyết định đúng đắn nhất và mọi người sẽ luôn luôn hài lòng mỉm cười khi nhìn thấy nó

Với sự phát triển của kỹ thuật nông nghiệp mới, hiện nay chúng em đã áp

dụng thành công mô hình trồng rau thủy canh ngay tại nhà Với phương pháp này vừa tiết kiệm thời gian trồng trọt khi không phải làm đất, phù hợp với những không gian nhỏ hẹp như sân thượng hay ban công Bên cạnh đó, việc thực hiện

mô hình thủy canh giúp các giống rau phát triển tốt, mạnh khỏe hơn và cho năng suất thu hoạch cao hơn hẳn các phương pháp canh tác thông thường

1.2 Vấn đề nghiên cứu

Trên thế giới nước Mĩ, Pháp, Nhật Bản có nhiều mô hình trồng thủy canh:

Hệ thống dạng bấc (wick system)

Hệ thống dạng bấc là dạng hệ thống thủy canh đơn giản nhất Đúng như tên gọi Đặt một đầu của sợi bấc hút sao cho chạm vào phần rễ cây Đầu kia của bấc chìm trong dung dịch dinh dưỡng Sợi bấc này sẽ làm nhiệm vụ hút nước và dung dịch dinh dưỡng lên cung cấp cho rễ cây (tương tự như sợi bấc trong đèn dầu, hút dầu lên để duy trì sự cháy) Như vậy cây sẽ có đủ nước và chất dinh dưỡng để phát triển

Hệ thống thủy canh tĩnh (water culture)

Hệ thống thường thùng hay nước chứa dung dịch thủy canh, phần bệ giữ các cây thường làm bằng chất dẻo nhẹ như xốp và đặt nổi ngay trên dung dịch dinh dưỡng, rễ cây ngập chìm trong nước có chứa dung dịch dinh dưỡng Vì môi trường thiếu khí oxy nên cần có 1 máy bơm bơm khí vào khối sủi bọt để cung cấp oxy cho rễ Hệ thống thủy canh dạng này thường dùng phổ biến trong dạy

học Hệ thống ít tốn kém, có thể tận dụng bể chứa nước hay những bình chứa không rỉ khác

Hệ thống nhỏ giọt là loại hệ thống thủy canh được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Máy bơm sẽ bơm dung dịch dinh dưỡng lên, nhỏ trực tiếp vào gốc của cây trồng bởi những đường ống nhỏ giọt theo định kỳ Dung dịch dinh dưỡng dư chảy xuống sẽ được thu hồi trong bể tái sử dụng Như vậy, hệ thống này sử dụng dung dịch dinh dưỡng khá hiệu quả, nước dư ra được tái sử dụng, không bị hao phí

Ở Việt Nam đã áp dụng mô hình trồng rau thủy canh có quy mô lớn trên nhiều tỉnh thành :Tp Hồ Chí Minh, Thanh Hóa, Hà Nội đạt kết quả năng xuất cao

Mô hình trồng rau thủy canh trên thị trường

Chúng em suy nghĩ tại sao không áp dụng mô hình tiến tiến trên vào việc nuôi trồng thủy canh tại nhà, sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng sạch sẵn có trong gia đình và tận dụng những đồ đã bỏ đi để thiết kế mô hình nuôi trồng thủy canh tại nhà mang lại lợi ích, giá thành rẻ

Câu hỏi đặt ra với chúng em và thôi thúc chúng em tìm tòi nghiên cứu để thoả mãn niềm say mê khoa học và mong muốn thực hiện được ý tưởng có ích

1.3 Ý nghĩa nhân văn và tính hiệu quả của dự án

Một trong những kì quan của thế giới là vườn treo Babylon của nhà vua Nabuchadnezzar (605-562 TCN) Lưỡng Hà Ngay từ thời cổ đại con người

đã biết cách đưa nước từ chỗ thấp lên chỗ cao tạo nên vườn cây đầy hoa trái xanh tốt

Cho tới tận ngày nay con người đã học từ lịch sử, cải tiến, thiết kế ra vườn thủy canh tạo ra các sản phẩm sạch đem lại lợi ích sức khỏe cho mọi người

Chúng em có ý tưởng thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông minh trong gia Sản phẩm gồm 01 bể chứa nước, bộ tích điện từ năng lượng mặt trời, máy bơm, bộ điều khiển, giá thể trồng rau Thiết bị phù hợp với điều kiện thực tiễn cho các gia đình Việt Nam

2 Mục đích nghiên cứu

2.1 Nghiên cứu mô hình nuôi trồng thủy canh hiện đã có

M ô hình nuôi trồng thủy canh

Sáu loại mô hình thủy canh khác nhau sự lựa chọn phù hợp cho nhu cầu và mong muốn cụ thể của mình là tùy theo mỗi người 6 loại mô hình thủy canh cơ bản bao gồm:

1 Mô hình nuôi nước sâu

2 Mô hình Bấc

3 Mô hình nhỏ giọt

4 Mô hình ngập và rút nước (Ebb and Flow)

5 Kỹ thuật phim dinh dưỡng (NFT)

6 Khí canh

2.2 Xây dựng ý tưởng “Thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông minh trong gia đình ” với:

- 01 hệ thống máy bơm, bơm nước từ bể lên giá thể; Bộ tích điện được tích từ nguồn điện năng lượng mặt trời, bộ điều khiển hẹn giời lựa chọn nhiệt độ phù hợpvới điều kiện thực tiễn các gia đình ViệtNam

- Sản phẩm ứng dụng công nghệ 4.0 điều khiển từ xa, tiết kiệm thời gian, nhân lực, tiện ích có nhiều tính năng nổi trội so với các mô hình thủy canh hiện

đã có

3 Kế hoạch và phương pháp nghiên cứu

3.1 Kế hoạch nghiên cứu

TT Thời gian Tên công việc Người thực hiện Kết quả dự kiến

6/2022

Nghiên cứu chi tiết các tính năng và yêu cầu cụ thể đặt ra cho sản phẩm

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Phân tích được đầy

đủ các tính năng, xem xét đến hạn chế

và hướng phát triển của sản phẩm

7,8/2022

Dự trù các loại vật tư, thiết bị

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Dự trù được các vật

tư thiết bị và các vấn

đề phát sinh

TT Thời gian Tên công việc Người thực hiện Kết quả dự kiến

9/2022

Thiết kế và thi công

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Các cơ cấu đảm bảo truyền động về phần

cơ

10/2022

Thiết kế và thi công nắp đặt

hệ thống điện, công nghệ

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Hệ thống điện, công nghệ đảm bảo điều khiển cho các bộ phận hoạt động

10/2022

Lắp ráp, thử nghiệm các bộ

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Các bộ phận hoạt động như mục tiêu ban đầu

11/2022

Vận hành và hiệu chỉnh hệ thống thủy canh

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Hệ thống thủy canh hoạt động ổn định

12/2022

Hoàn thành dự án

Làm Poster Tập thuyết trình

Nguyễn Thị Thu Hà Phạm Thị Thanh Tâm

Hoàn thành sản phẩm theo kế hoạch

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến nuôi trồng thủy canh hiện đã có; tìm hiểu về nguồn năng lượng mặt trời

- Phương pháp thực nghiệm: Thử nghiệm và điều khiển các bộ phận của hệ thống, hiệu chỉnh các phần cơ, điên, công nghệ

4 Danh mục vật tư và thiết bị

4.1 Bể cá

1 Bể cá - Dài 600mm- Cao trung bình

300mm-Rộng 350mm

01

2 Giá đỡ bể cá - Dài 600mm- Cao trung bình

300mm-Rộng 350mm

01 Để đỡ bể cá

3 Thanh treo

bóng đèn - Vật liệu thép: cao 750mm

01 Để treo bóng

đèn

4 Giá đỡ trồng

rau

-Vật liệu: khay nhựa PU -Dài 500mm- Rộng 340mm

Xỉ than

01

4.2 Máy bơm nước

1 Máy bơm Điện 220V- 50 Hz- 15W-800l/h 01 Bơm nước

4.3 Bộ điều khiển BSP8266

1 Bộ điều khiển

BSP8266

-Dài 60 mm- Rộng 60 mm 01 Để điều

khiển tưới nước tự động

2 Mạch điều

khiển

công tắc chuyển mạch 01 bộ Tự chuyển

4.4 Tấm bin năng lượng mặt trời

lượng mặt

trời

-Dài 1000 mm- Rộng 800 mm 01 Nắp trên mái

nhà

4.7 Hệ thống bơm

1 Máy Bơm 12V- 5W( kèm ống hút, xả) 01 Bơm nước

2 Mạch điều

khiển

1 công tắc chuyển mạch 01 bộ Tự chuyển

4.8 Điện thoại

1 SAMUNG J6 Màn hình cảm ứng 01 Có sẵn

4.9 Hệ thống đèn chiếu sáng

1 Đèn chiếu

sáng

LED siêu sáng trắng 02 Mua đèn

LED và linh kiện để Tự lắp

5 Ý tưởng sáng tạo

5.1 Giải pháp kỹ thuật

5.1.1 Phần cơ khí

Bể cá , giá đỡ, ống nhựa

5.1.2 Phần cấu hình trạm phát điện

Cầu hình trạm phát điện sử dụng năng lượng mặt trời, trạm phát bao gồm tổ hợp pin lithium 12V- 50AH

Dung lượng lưu trữ quy đổi 600W điện

Bộ điều khiển sạc PWM- 30A

Bộ chuyển nguồn 12V/220V cho dòng điện chuẩn, công xuất phát tức thời 500Wh

Phát liên tục là 100Wh theo năng lực của tấm bin mặt trời, là loại modum mono 110WP

Trong thời gian có nắng tiêu chuẩn ~30 độ C

Dung lượng lưu trữ qua đêm là 600WP được chuyển thành 500W theo tiêu chuẩn điện lưới, phù hợp với tất cả các thiết bị

Tiêu thụ điện dưới 300W

6 Thuyết minh

- Pin năng lượng mặt trời chuyển hóa quang năng thành điện năng

- Điện năng từ pin năng lượng mặt trời được cấp vào bộ sạc, để sạc cho pin lithium

- Pin lithium tích trữ điện năng, cho vào bộ chuyển đổi

- Bộ chuyển đổi cấp điện cho máy bơm, đèn chiếu sáng, bộ điều khiển ESP8266

7 Thảo luận

- Hệ thống hoạt động ổn định hoạt động rất tốt và hiệu quả, bơm nước theo chu kì

- Điện thoại kết nối vvi-fi hoạt động ổn định

7 Kết luận

7.1 Khả năng ứng dụng

Sản phẩm “Thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông minh trong

gia đình” làm đơn giản, gọn nhẹ, dễ dàng sử dụng, mô hình có thể ứng dụng

rộng rãi, chi phí không cao Với việc chế tạo các bộ phận từ các phế liệu như các ống nhựa, hoặc khay nhựa, xỉ than vừa góp phần bảo vệ môi trường vừa có sản phẩm rau tươi, cá sạch, mang lại sức khỏe tốt cho con người

Sản phẩm ứng dụng công nghệ 4.0 điều khiển từ xa vừa tiết kiệm thời gian rất tiện ích Sử dụng năng lượng sạch cho ra đời sản phẩm sạch, bảo vệ môi trường, điều hòa không khí

Với đề tài này, chúng em hy vọng sẽ góp một phần nhỏ vào việc làm giảm

ô nhiễm môi trường, tạo không khí trong lành có lợi cho sức khỏe con người Đặc biệt là đối với những người có ít thời gian rảnh vẫn được sử dụng được

7.2 Tính sáng tạo

Dự án này có tính mới: sử dụng năng lượng sạch (năng lượng mặt trời), hệ thống tự động hóa được kết nối qua điện thoại

Về thiết kế:

- Hệ thống bể cá, bộ tích điện, máy bơm, bộ hẹn giờ nắp liên hoàn

Về tính năng:

- Có đèn chiếu sáng

- Có điều khiển nhiệt độ

- Có bơm nước tưới cây được hẹn giờ theo chu kì

8 Hướng phát triển của dự án

- Có thể nghiên cứu lắp đặt thêm hệ thống cảm biến thời tiết nếu hệ thống nuôi trồng ở sân hặc vườn, ban công không có mái che

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, chúng con xin cảm ơn gia đình đã luôn ủng hộ và sát cánh bên chúng con trong suốt thời gian thực hiện dự án

Chúng em xin cảm ơn Lãnh đạo nhà trường và tập thể các thầy cô giáo, đặc biệt là cô giáo hướng dẫn Nguyễn Thị Hương đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất

về cơ sở vật chất, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cũng như hỗ trợ về vấn đề học tập trên lớp để chúng em có thể làm nên được sản phẩm như ngày hôm nay Cảm ơn các bạn lớp 9A,9B đã giúp đỡ chúng mình trong học tập, cảm ơn các bạn đã luôn động viên chúng mình trong thời gian nghiên cứu, giúp chúng mình có thêm động lực để đi tới ngày hôm nay

Sự thành công của dự án này ngày hôm nay không phải là công sức của riêng một cá nhân ai mà là công sức của tất cả mọi người dù ít dù nhiều

Dự án “Thiết kế hệ thống nuôi trồng thủy canh thông minh trong gia đình ”

mặc dù không phải là dự án đầu tiên của chúng em nhưng nó lại là dự án đánh dấu mốc quan trọng trong quá trình học tập và rèn luyện của chúng em Chúng

em sẽ cố gắng hết mình để không phụ lòng tin của tất cả mọi người

Đại diện nhóm nghiên cứu

Nguyễn Thị Thu Hà

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 SGK môn Công nhệ 9

2 SGK môn Vật Lí 9

3 SGK môn Sinh học 7

4 Giáo trình Kĩ thuật cảm biến đo lường &điều khiển của trường ĐH Công nghiệp TP HCM