Giáo trình nghiên cứu ứng dụng quy trình cảm biến hóa với khối xử lý vi mạch tần số p1 pps

Trên thế giới đã có nhiều nước sớm nhận biết được điều này và họ đã ứng dụng thành công tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp và họ đã đạt được những kết quả rất cao về năng suất và chất

Mở đầu

1 đặt vấn đề

Bước sang thế kỷ XXI kỷ nguyên của công nghệ thông tin và công nghệ sinh học nguồn tài nguyên của thế giới đang dần cạn kiệt do sự khai thác thiếu quy hoạch của con người, cùng với nó là nạn ô nhiễm môi trường và sự tàn phá của thiên nhiên diễn ra ở khắp mọi nơi trên thế giới do quá trình đô thị hoá và công nghiệp hoá Làm cho diện tích đất canh tác nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp dần

Thế nhưng dân số thế giới ngày càng tăng nhanh và nhu cầu hưởng thụ của con người cũng ngày càng cao Làm cho thế giới sẽ không đủ các sản phẩm nông nghiệp để cung cấp cho mọi người nếu hoạt động lao động chỉ thuần tuý là thủ công, nhỏ lẻ

Để giải quyết vấn đề này thì con đường duy nhất là ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất đặc biệt là ứng dụng tự động hoá vào sản xuất nông ngiệp

Trên thế giới đã có nhiều nước sớm nhận biết được điều này và họ đã ứng dụng thành công tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp và họ đã đạt được những kết quả rất cao về năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp, ngày nay họ vẫn

đang là những cường quốc về sản xuất nông nghiệp như: Hà Lan, Pháp, Israel, Trung Quốc, Nhật Bản.v.v…

Còn với nước ta, nước ta thuộc nhóm nước đang phát triển với một nền kinh

tế nông nghiệp truyền thống, trải qua 20 năm đổi mới nhất là sau nghị quyết khoán

10 của Bộ chính trị (tháng 1 năm 1989) tới nay nền nông nghiệp nươc ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ và ngày càng vững chắc

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ và xu hướng toàn cầu hoá nền kinh tế Nền kinh tế thế giới và Việt Nam đang có xu hướng chuyển mạnh sang các ngành công nghiệp và dịch vụ, đặc biệt là công nghệ thông tin Với Việt Nam nói riêng thì nông nghiệp vẫn là một ngành kinh tế quan trọng và

có những đóng góp rất lớn vào tổng thu nhập quốc dân (Hiện nay trên 70% dân cư

lao động trong ngành nông nghiệp và đóng góp khoảng 30% GDP) Chính vì vậy

húa với khối xử lý vi mạch tần số

mà nông nghiệp nước ta luôn luôn được sự quan tâm của Đảng và Nhà Nước, sau

Đại hội Đại Biểu Toàn Quốc lần thứ VII của Đảng(tháng 6 năm 1991) với chủ trương đẩy nhanh và mạnh công nghiệp hoá_hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn Việt Nam, nền nông nghiệp nước ta dã đạt được kết quả vô cùng to lớn từ chỗ thiếu

đói phải nhờ tới sự trợ giúp của cộng đồng quốc tế tới nay Việt Nam đã tự cung cấp

đủ lương thực cho người dân và vươn lên trở thành một nước xuất khẩu gạo đứng

đầu thế giới (Mỗi năm Việt Nam xuất khẩu khoảng trên 4.5 triệu tấn gạo)

Mặc dù đã đạt được những thành quả cao về mặt sản lượng nhưng về mặt chất lượng sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết như: Tồn dư hoá chất trong sản phẩm còn nhiều do sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bừa bãi thiếu khoa học của ngư ời nông dân

Vì vậy để đảm bảo cả về mặt năng suất cũng như chất lượng sản phẩm nông nghiệp để các sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam có thể cạnh đáp ứng được nhu cầu của người dân trong nước và có thể cạnh tranh được trên thị trường quốc tế thì

chúng ta nên lựa chọn giải pháp ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp, trong đó Tự Động Hoá đóng vai trò vô cùng quan trọng về mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lượng cao, nó đảm bảo cho các khâu tưới tiêu, điều tiết nhiệt độ, độ ẩm.v.v…Do tầm quan trọng của việc áp dụng tự động hoá vào sản xuất

nông nghiệp mà chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:”Nghiên cứu và thiết kế mô

hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới”

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã tiến hành khảo sát mô hình thực tế,nghiên cứu một số mô hình thực nghiệm với phần mềm điều khiển

SIMATIC S7_200 Qua nhiều lần thí nghiệm và trên cơ sở tính toán lý thuyết chúng tôi khẳng định mô hình chúng tôi xây dựng đảm bảo tính thực tế và có thể ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay

2 mục đích của đề tài

- Nghiên cứu mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lưới phục vụ sản xuất rau an toàn, từ đó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị

có sẵn ở trong nước

chương i tổng quan

1.1 thực trạng sản xuất rau ở việt nam 1.1.1 Thực trạng

Việt Nam nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa

do nằm trải dài trên nhiều vĩ độ, địa hình bị chia cắt nên có nhiều loại khí hậu Vì

vậy chủng loại cây trồng rất phong phú và đa dạng, điều đó tạo cho nông nghiệp Việt Nam rất nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển Đến nay ngành nông nghiệp của nước ta vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Được sự quan tâm của Đảng và Nhà Nước qua hơn 10 năm đổi mới chính sách nông nghiệp, ngành nông nghiệp nước ta đã có những bước phát triển vững chắc và đạt được những thành tựu vô cùng to lớn từ chỗ thiếu lương thực tới nay nước ta không những đã đảm bảo được an ninh lương thực mà còn vươn lên trở thanh một trong những nước xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới

Trong những năm gần đây do khoa học kỹ thuật phát triển các viện nghiên cứu, các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp đã tạo ra những giống cây trồng mới có năng suất và chất lượng cao hơn để thay thế cho các loại cây trồng truyền thống

Cùng với sự phát triển của đất nước nhu cầu về rau của người dân cũng tăng lên, để

đáp ứng những nhu cầu đó các vùng chuyên canh cây rau, cây hoa mầu ngắn ngày

đã thay thế cách thức trồng rau truyền thống bằng cách áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật trồng rau theo phương thức đa canh, xen canh…, những thay đổi này cũng tạo điều kiện thuận lợi để cho nhiều loại sâu bệnh phát triển mạnh mẽ và

có thể bùng phát thành dịch

Để đề phòng sâu bệnh hại cây trồng, để nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm con người đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng nhiều cách thức trồng cây, chăm sóc cây mà đặc biệt là công nghệ trồng cây không dùng đất trong nhà lưới và

trong nhà kính được tự động điều tiết tiểu khí hậu Khi đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao thì yêu cầu về chủng loại rau phải phong phú và đa dạng, đủ về

số lượng, tốt về chất lượng và an toàn đối với sức khỏe con người

Trong ( Đề án phát triển rau, quả và hoa cây cảnh thời kỳ 1999 - 2010) của

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn được thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 03/09/1999 Có xác định mục tiêu cho ngành sản xuất rau hoa quả là:’’Đáp ứng nhu cầu rau có chất lượng cao cho nhu cầu tiêu dùng trong nước, nhất là các khu dân cư tập chung (đô thị, khu công nghiệp) và xuất khẩu Phấn đấu đến năm 2010

đạt mức tiêu thụ bình quân đầu người 100 ữ 110kg rau/năm, giá trị kim ngạch suất khẩu đạt 690 triệu USD”.(Giáo trình CÂY RAU của tác giả Tạ Thu Cúc)

Theo tác giả Tạ Thu Cúc dự tính tình hình sản xuất rau ở Việt Nam từ năm

2000 đến năm 2010

Bảng 1.1: Dự tính diện tích rau cho các vùng trong cả nước

Tốc độ tăng trưởng

2000

Năm 2005

Năm

Bảng 1.2: Dự tính năng suất rau ở các vùng trong cả nước

Tốc độ tăng trưởng

2000

Năm 2005

Năm

2010 2000-2005 2005-2010

Khu 4 cũ 9.1 9.7 10.4 2.1 2.1

Bảng 1.3: Dự tính sản lượng rau ở các vùng trong cả nước

(Đơn vị:1000 tấn)

Tốc độ tăng trưởng

2000

Năm 2005

Năm

2010 2000-2005 2005-2010

Qua 3 bảng trên ta thấy vùng Đồng Bằng Bắc Bộ và vùng Đồng Bằng sông Cửu Long là vùng trồng rau lớn nhất nước ta về cả diện tích gieo trồng và sản lượng rau Cùng với vùng trồng rau Tây Nguyên ( chủ yếu là Đà Lạt _ Lâm Đồng) cả 3 vùng trồng rau trên là nơi cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu quan trọng nhất nước ta

Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố và khu công nghiệp chiếm 38% ữ 40% diện tích và 45% ữ 50% sản lượng Tại đây phục vụ cho tiêu dùng của dân cư tập trung là chủ yếu, chủng loại rau vùng này rất đa dạng phong phú và năng suất cao

• Hiện nay rau đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó có:

- Ô nhiễm do hoá chất bảo vệ thực vật Theo Viện Bảo Vệ Thực Vật (1998) hiện nay ở Việt Nam đã và đang sử dụng 270 loại thuốc trừ bệnh, 160 loại thuốc trừ

cỏ, 12 loại thuốc diệt chuột, 26 loại thuốc kích thích sinh trưởng với số lượng ngày

càng tăng

Còn theo Giáo sư Phạm Đình Quyền (Trung tâm nghiên cứu tài nguyên và môi trường Đại Học Quốc Gia Hà Nội (CRES)): Nếu cuối thập kỷ 80 lượng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam mới chỉ là 10.000 tấn/năm, thì thập kỷ 90 tăng gấp đôi 21.000 tấn/năm (1992), thậm chí gấp 3 lần-30.000 tấn/năm (1995) Ông cho rằng không dưới 90% đất canh tác toàn quốc được phun thuốc bảo vệ thực vật

Tuy chủng loại nhiều song do thói quen hoặc sợ rủi do cùng với sự thiếu hiểu biết hoặc hiểu biết còn hạn chế mức độ độc hại của hoá chất bảo vệ thực vật nên đa số hộ nông dân hay dùng một số loại thuốc quen có độc tố cao, thậm chí bị cấm như: monitor, wofatox, DDT Dẫn tới ngày càng làm cho sản phẩm rau ngày càng ô nhiễm nặng

- Hàm lượng (NO3-) trong rau quá cao Theo fao/who thì hàm lượng (NO3-) ở liều lượng 4g/ngày gây ngộ độc còn 8g/ngày thì có thể gây chết người ở nước ta việc sử dụng phân hoá học không cao so với các nước trong khu vực nhưng ảnh hưởng của phân hoá học tới sự tích luỹ (NO3-) trong rau là nguyên nhân làm rau không sạch Nước ta quy định hàm lượng (NO3-) trong rau như sau: cải bắp 500mg/kg, cà chua 150mg/kg, dưa chuột 150mg/kg

- Tồn dư kim loại nặng trong sản phẩm rau Do sự lạm dụng hoá chất bảo vệ thực vật cùng với phân bón các loại đã làm một lượng N, P, K, và hoá chất bảo vệ thực vật rửa trôi xâm nhập vào mạch nước làm ô nhiễm mạch nước ngầm Theo Phạm Bình Quân (1994) thì hàm lượng kim loại nặng, đặc biệt là asen (as) ở Mai Dịch trong các mương tưới cao hơn hẳn so với ruộng lúa nước các kim loại nặng tiềm ẩn trong đất hoặc từ các nguồn nước ô nhiễm qua nước tưới được rau hấp thụ

- Vi sinh vật gây hại trong rau do sử dụng nước tưới có vi sinh vật gây hại ( ecoli, salmonella, trứng giun.) tuy chưa được thống kê, song tác hại của nó là rất lớn

- Do rau là nguồn thực phẩm quan trọng đối với đời sống con người nên giải pháp duy nhất đối với ngành trồng rau là nhanh chóng đưa tiến bộ vào sản suất

Đặc điểm chung của các cây rau là yêu cầu độ ẩm rất cao thường từ 85-95%, nếu thiếu nước cây rau sẽ không sinh trưởng và phát triển được và chúng cần một nhiệt độ ổn định, do vậy đưa cây rau vào sản xuất thuỷ canh không dùng đất và kết hợp với điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lưới và nhà kính là rất phù hợp Phương pháp này sẽ nâng cao một cách đáng kể về năng xuất và cải thiện tương đối về mặt

ô nhiễm bảo đảm an toàn cho người sử dụng

Để thực hiện được phương pháp thuỷ canh không dùng đất và kết hợp với

điều tiết tiểu khí hậu này thì khâu quan trọng là cung cấp dung dịch cho cây và có những phương pháp điều tiết khí hậu hợp lý, nên việc áp dụng tự động hoá, cụ thể

là hệ thống tưới tự động và hệ thống tự động điều tiết khí hậu sẽ tạo một bước đột phá mới cho ngành sản xuất rau an toàn ở nước ta hiện nay

1.1.2 Trồng rau trong nhà lưới ở Việt Nam và trên thế giới

• ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lưới ở Việt Nam

Từ những năm 80 của thế kỷ XX nước ta đã nhập kỹ thuật chăm sóc cây

bằng màng che phủ, xây dựng một số nhà lưới che phủ băng PE

Trong những năm qua, khi chương trình và các dự án sản xuất rau sạch được

mở rộng ở các thành phố lớn của nước ta thì công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà lưới dần được giới thiệu và được sản xuất thử ở một số cơ sở sản xuất: Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trường Đại học Nông nghiệp I, vùng trồng rau lớn Đà Lạt.v.v… ở một số vùng này đang sản xuất rau sạch trong nhà lưới theo công nghệ của Đài Loan, Ca Na Đa, Israel…

Hiện nay ở Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trường Đại học Nông nghiệp I còn

áp dụng công nghệ sản xuất rau sạch trồng rau trong dung dịch (trồng rau thủy canh hoặc trồng rau không dùng đất) theo công nghệ của Israel và của Ca Na Đa

Trồng cây trong nhà lưới là một biện pháp kỹ thuật rất có triển vọng và phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân Việt Nam hiện nay Vì vậy cần đẩy mạnh nghiên cứu và tuyên truyền rộng rãi tới mọi người dân để công nghệ này dược ứng dụng rộng rãi vào sản xuất rau sạch để phục vụ đời sống của người dân và

làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu

• ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lưới trên thế giới

ở Mỹ, đến thời kỳ đầu những năm 80 của thế kỷ XX đã có hơn 1000 khu

khoa học công nghệ được phân bố trên các bang, với diện tích lên tới hàng trăm nghìn ha

ở Anh những khu vườn ứng dụng công nghệ sản xuất rau bằng màng che phủ

PE được xây dựng từ những năm 1930, đến năm 1998 đã có trên 400 khu, với diện tích hơn 20.000ha

ở Israel đến giữa thập kỷ 80 của thế kỷ XX đã xây dựng được hàng trăm khu, với diện tích hàng ngàn ha

ở Nhật từ những năm đầu của thập kỷ 60 họ đã áp dụng công nghệ sản xuất rau này và tới ngày nay họ đã xây dựng được nhiều khu vườn sản xuất rau sạch công nghệ cao với diện tích lớn và năng suất rất cao

ở Trung Quốc, theo thống kê của bộ nông nghiệp Trung Quốc tới năm 1997

đã có 450 khu ứng dụng công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà lưới của Hà Lan, Pháp, Israel, Đài Loan.v.v với diện tích mỗi khu từ 50 ha tới 165 ha

Ngoài ra còn có nhiều nước khác cũng ứng dụng công nghệ sản xuất rau và hoa như:Hà Lan, Pháp, Đức… ở một số nước như: Hà Lan, Pháp, Đức, Israel, Anh, Nga.v.v…ngoài công nghệ trồng cây trong nhà lưới có điều tiết nhiệt độ, họ còn áp dụng công nghê sản xuất rau và hoa không dùng đất trong nhà kính và đã thu được những kết quả rất cao, họ đã trở thành những nước xuất khẩu công nghệ và xuất khẩu rau và hoa lớn như: Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc.v.v…

(Tài liệu: báo cáo tình hình sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới của Tác giả: Phạm Gia Trung và Vũ Quốc Hằng Nhà xuất bản Nông nghiệp 2004)

• Ưu điểm của phương pháp trồng cây trong nhà lưới có điều tiết nhiệt độ

+ Có thể chủ động được thời vụ gieo trồng

+ Hạn chế tác hại của thời tiết tiết khắc nhiệt

+ ít bị cỏ dại, sâu bệnh hại cây trồng

+ Năng suất cao hơn từ 20 đến 30% so với trồng ngoài đồng ruộng, sản phẩm

đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

+ Không gây ô nhiễm môi trường do không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật

• Nhược điểm của phương pháp trồng cây trong nhà lưới có tự động điều

tiết nhiệt độ

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn, chi phí sản xuất lớn

+ Giá thành sản phẩm cao

+ Kỹ thuật phức tạp

1.2.Những ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau

Người trồng rau muốn thành công trong sản xuất rau thì điều quan trọng đầu tiên là phải hiểu được một cách sâu sắc và toàn diện các yếu tố môi trường, yêu cầu

và khả năng thích nghi của cây rau đối với điều kiện ngoại cảnh trong quá trình sinh trưởng và phát triển Một số yếu tố về môi trường như địa hình, khí hậu và thời tiết là những yếu tố cơ bản gây ra khó khăn, trở ngại không nhỏ trong quá trình sản xuất rau

1.2.1 ảnh hưởng của nhiệt độ

Trong sản xuất rau nhiệt độ là yếu tố hạn chế rất lớn ở 00C sẽ làm một số cây chết rét, ở nhiệt độ 400C sẽ làm cho nhiều cây bị khô héo và có thể bị chết

Đối với nhiều loại rau có thể tồn tại trong thời gian dài ở nhiệt độ 150C, thậm chí 100C Hiệu suất quang hợo của hầu hết các loại rau ngừng ở 300C Nhiều cây rau thực hiện chức năng quang hợp có hiệu quả từ 12 ữ 240C Đối với một số loài khác thì quang hợp có hiệu quả ở nhiệt độ 18 ữ 210C hoặc là 240C

Tốc độ sinh trưởng cây rau phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng, độ ẩm với điều kiện nhiệt độ thích hợp nhất

Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn, khí khổng sẽ đóng lại ảnh hưởng tới quá

trình trao đổi khí CO2, quá trình quang hợp.v.v dẫn đến cây sinh trưởng kém Nếu tình trạng đó kéo dài cây có thể bị chết

Nhiệt độ thay đổi theo vĩ độ địa lý, theo mùa, theo ngày và giữa ngày -

đêm Yêu cầu của cây rau đối với nhiệt độ phụ thuộc vào nguồn gốc , giống, kỹ thuật trồng trọt và sự thuần hóa bồi dục của con người.v.v

Đối với mỗi loại rau đều yêu cầu nhiệt độ thích hợp để sinh trưởng, phát triển Khi vượt quá giới hạn nhiệt độ thích hợp cây rau sinh trưởng phát triển kém, làm giảm năng suất và chất lượng Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ làm cây ngừng sinh trưởng và chết

Thí dụ: Nhiệt độ thích hợp cho cây cà chua là 220 C ữ 240 C, nhiệt độ tối cao

là 350C, nhiệt độ tối thấp là 100

Trên cùng một cây rau nhưng ở thời kỳ khác nhau, yêu cầu đối với nhiệt độ cũng thay đổi

Thí dụ,cây khoai tây : Nẩy mầm tốt ở nhiệt độ : 18 ữ 200 C

Sinh trưởng thân lá : 20 ữ 220 C

Theo I.B.Libner Nonneck phân loại rau theo yêu cầu và khả năng thích nghi với nhiệt độ như sau :

Bảng 1.4: Phân loại rau theo yêu cầu đối với nhiệt độ để sinh

trưởng ( 0 C)