Thiết kế và thi công mô hình thủy canh thông minh

1 Một số sản phẩm trên thế giới Các sản phẩm trên thế giới có thiết kế đẹp mắt nhưng hiện tại chỉ truyền được dữ liệu không dây về cho người dùng để người dùng kịp thời bổ sung các chấ

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THỦY

CANH THÔNG MINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ PHƯƠNG TRƯỜNG

Đồng Nai, 11/2019

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Lạc Hồng bằng sự tôn trọng và biết ơn, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Lạc Hồng, quý thầy cô khoa Cơ Điện - Điện Tử đã truyền dạy tận tình cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua

Đặc biệt chúng em xin giành lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Phương Trường

đã tận tình truyền đạt kiến thức và chia sẽ kinh nghiệm cũng như hướng dẫn và đồng hành cùng chúng em trong suốt quá trình học cũng như hoàn thành đồ án này

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người đã luôn quan tâm và giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất

Tuy nhiên do sự hạn chế của bản thân chúng em, đề tài nghiên cứu khoa học không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô giáo

và mọi người để đề tài nghiên cứu của chúng em được hoàn thiện hơn

LỜI CAM ĐOAN

Với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THỦY CANH THÔNG MINH” với mong muốn là tìm ra các giải pháp tối ưu để nâng cao năng suất cây trồng

và giải phóng sức lao động, đồng thời áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế giúp cải thiện năng suất, nâng cao chất lượng nông nghiệp

Chúng tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của tôi, các số liệu, kết quả nêu ra trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác

Chúng tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này

đã được xin phép, tất cả các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc

Chúng tôi cam đoan công trình nghiên cứu tuyệt đối không có sự gian lận, sao chép dữ liệu từ người khác và sẵn sàng chịu mọi trách nhiệm nếu như công trình nghiên cứu của chúng tôi bị phát hiện gian lận

Đồng Nai, ngày 15 tháng 11 năm 2019

Nhóm thực hiện đề tài

Lê Đức Hoàng Nguyễn Bá Huy Hoàng Đào Trung Hiếu

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH 8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11

1.1 Đặt vấn đề 11

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 11

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 12

1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu 13

1.4 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 14

1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 14

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 Kỹ thuật trồng rau thủy canh 15

2.1.1 Giới thiệu 15

2.1.2 Giá thể trồng cây 16

2.1.3 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng 17

2.1.4 Yếu tố môi trường 18

2.2 Các hệ thống canh tác thủy canh cơ bản 21

2.3 Internet of Things 24

2.3.1 IoT trong nông nghiệp 24

2.3.2 Hệ thống sever và ứng dụng Blynk 25

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 26

3.1 Hệ thống thủy canh 26

3.1.1 Kích thước tổng quan 27

3.1.2 Vật liệu 27

3.1.3 Thi công mô hình 28

3.2 Hệ thống điện 29

3.2.1 Thiết kế hệ thống 29

3.2.2 Khối truyền dữ liệu và tín hiệu 30

3.2.3 Khối xử lý và điều khiển trung tâm 31

3.2.4 Khối cảm biến 36

3.2.5 Khối thiết bị chấp hành 42

3.2.6 Khối nguồn động lực 46

3.2.7 Khối nguồn điều khiển 46

3.3 Giải thuật lập trình 47

3.3.1 Giải thuật kết nối truyền dữ liệu 47

3.3.2 Giải thuật điều khiển máy bơm 48

3.3.3 Giải thuật điều khiển hệ thống chiếu sáng 48

3.3.4 Giải thuật điều khiển hệ thống phun sương 49

3.3.5 Giải thuật điều khiển hệ thống van điện độ pH 49

3.3.6 Giải thuật điều khiển hệ thống van điện TDS 50

3.4 Thiết kế giao diện trên ứng dụng Blynk 51

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ 55

4.1 Trồng rau trên mô hình thủy canh 55

4.2 Đánh giá về phần điện 56

4.3 Đánh giá về mô hình thủy canh 57

4.4 Lợi ích về kinh tế 57

4.5 Kết quả trên ứng dụng Blynk 57

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 So sánh thủy canh và thổ canh [2] 16

Bảng 2 2 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng [3] 17

Bảng 3 1 Vật liệu hệ thống thủy canh 28

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật Module NodeMCU ESP8266 [7] 31

Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 [8] 32

Bảng 3 4 Các cổng Serial trên board Arduino Mega 2560 [8] 33

Bảng 3 5 Thông số kỹ thuật Module RTC DS1307 [9] 35

Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật Module L298N [10] 35

Bảng 3 7 Thông số kỹ thuật của module TDS Meter [11] 36

Bảng 3 8 Bảng thông số kỹ thuật của module cảm biến độ pH [12] 37

Bảng 3 9 Sơ đồ chân của module DFRobot pH [12] 38

Bảng 3 10 Bảng quy đổi điện áp đầu ra với giá trị pH tương ứng [12] 38

Bảng 3 11 Thông số kỹ thuật của cảm biến DS18B20 [13] 39

Bảng 3 12 Thông số kỹ thuật module cảm biến DHT22 [14] 40

Bảng 3 13 Thông số kỹ thuật cảm biến quang trở CDS [15] 40

Bảng 3 14 Thông số kỹ thuật cảm biến XKC-Y25-V [16] 41

Bảng 3 15 Thông số kỹ thuật 42

Bảng 3 16 Bảng thông số kỹ thuật của Module 6 relay 5V 43

Bảng 3 17 Bảng thông số kỹ thuật máy bơm DP-521 44

Bảng 3 18 Thông số kỹ thuật AP3100 45

Bảng 3 19 Thông số kỹ thuật của Thanh led 5WA1RD-500 46

Bảng 4 1 Một số loại rau đã trồng được 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Một số sản phẩm trên thế giới 12

Hình 1 2 Một số hệ thống thủy canh trong nhà 12

Hình 1 3 Một số hệ thống thủy canh ngoài trời 13

Hình 2 1 Cây được trồng trong nước 15

Hình 2 2 Bút đo nồng độ dinh dưỡng 17

Hình 2 3 Dung dịch thủy canh 18

Hình 2 4 Thang đo pH 20

Hình 2 5 Bút đo độ pH 20

Hình 2 6 Nguyên lý dạng bấc [4] 21

Hình 2 7 Nguyên lý thủy canh tĩnh[4] 22

Hình 2 8 Nguyên lý ngập rút định kỳ[4] 22

Hình 2 9 Nguyên lý màng dinh dưỡng[4] 23

Hình 2 10 Nguyên lý khí canh[4] 23

Hình 2 11 Internet kết nối vạn vật 24

Hình 2 12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống với Blynk 25

Hình 3 1 Mô hình thủy canh 3D trên Solidworks 26

Hình 3 2 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống điện 29

Hình 3 3 Module Wi-Fi NodeMCU 31

Hình 3 4 Board Arduino Mega 2560 32

Hình 3 5 Giao diện phần mềm lập trình IDE 33

Hình 3 6 Module RTC DS1307 34

Hình 3 7 Module L298N 35

Hình 3 8 Module đo TDS 36

Hình 3 9 Cảm biến pH hãng DFRobot 37

Hình 3 10 Cảm biến DS18B20 39

Hình 3 11 Module cảm biến DHT22 39

Hình 3 12 Cảm biến quang trở CDS 40

Hình 3 13 Cảm biến XKC-Y25-V 41

Hình 3 14 Phao điện từ 42

Hình 3 15 Module 6 relay 43

Hình 3 16 Van nước điện từ 10mm 12VDC 43

Hình 3 17 Hộp đựng dung dịch cân bằng pH và nồng độ dinh dưỡng 44

Hình 3 18 Máy bơm phun sương 44

Hình 3 19 Máy bơm Lifetech AP3100 45

Hình 3 20 Thanh led cho rau – 5WA1RD – 500 46

Hình 3 21 Bộ adapter chuyển đổi nguồn 220VAC sang 12VDC 46

Hình 3 22 Bộ adapter chuyển đồi nguồn 220VAC sang 5VDC 47

Hình 3 23 Lưu đồ giải thuật kết nối truyền dữ liệu 47

Hình 3 24 Lưu đồ giải thuật lập trình máy bơm 48

Hình 3 25 Lưu đồ giải thuật lập trình đèn 48

Hình 3 26 Lưu đồ giải thuật hệ thống phun sương 49

Hình 3 27 Lưu đồ giải thuật hệ thống van điện pH 50

Hình 3 28 Lưu đồ giải thuật hệ thống van điện TDS 50

Hình 3 29 Tạo dự án mới trên Blynk 51

Hình 3 30 Chọn thiết bị kết nối với trong mạch điện 52

Hình 3 31 Chọn giao thức kết nối 52

Hình 3 32 Khởi tạo các màn hình hiển thị thông số 53

Hình 3 33 Tùy chọn chân kết nối và thời gian làm mới thông số 53

Hình 3 34 Giao diện sau khi tạo xong 54

Hình 4 1 Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm không khí và nhiệt độ nước trong 3 ngày 55

Hình 4 2 Mô hình trong thực tế 55

Hình 4 3 Tủ điện sau khi hoàn thành 56

Hình 4 4 Thông số môi trường báo về ứng dụng Blynk 57

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

UART Universal Asynchronous Receiver / Transmitter

OLED Organic light-emitting diode

SRAM Static Random Access Memory

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

P2O5 Phosphorus Nitrogen

hệ thống này đã chứng minh được sự hữu ích thông qua rất nhiều các ứng dụng như:

hệ thống nhà thông minh, hệ thống đỗ xe thông minh, …

Từ sự hữu ích mà các hệ thống trên đem lại cho con người, nhóm đã quyết định nghiên cứu đề tài thiết kế và thi công mô hình thủy canh thông minh nhằm áp dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp Khi mô hình hoàn thành có thể tự vận hành và người dùng ở bất cứ nơi nào có mạng internet đều có thể điều khiển, giám sát mô hình

từ xa thông qua các thiết bị cầm tay như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính

cá nhân Thuận tiện cho việc theo dõi và kiểm soát trạng thái của mô hình cũng như các thông số môi trường xung quanh mô hình như: nhiệt độ, độ ẩm, mức nước, độ pH,

Với các vấn đề được đặt ra như trên, hướng nghiên cứu đề tài của nhóm là nghiên cứu, xây dựng mạch điều khiển và giám sát mô hình thông qua mạng internet (IoT) Từ hướng nghiên cứu như vậy nên tên đề tài được chọn là: “Thiết kế và thi công hệ thống thủy canh thông minh” Và nhóm chúng em đã làm một mô hình cụ thể đó là mô hình trồng rau thủy canh trong nhà

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Kỹ thuật trồng cây thủy canh (Hydroponics) đã được nghiên cứu từ thế kỷ XVII cho đến nay [1] Tiếp nối kỹ thuật trồng rau thủy canh, các công ty lớn trên thế giới đã sản xuất ra các hệ thống là các sản phẩm trồng rau thủy canh tại gia để cung cấp cho những gia đình có nhu cầu về rau sạch Các sản phẩm hiện đại hiện nay đã có mặt trên thị trường như: Herbert đến từ công ty Ponix Systems (Mỹ), Click & Grow Smart Herb Garden, Calla – Smart Indoor Garden, GrowChef, Nutri Tower, Grass Lamp, …

Chương 1 Tổng quan

Hình 1 1 Một số sản phẩm trên thế giới

Các sản phẩm trên thế giới có thiết kế đẹp mắt nhưng hiện tại chỉ truyền được

dữ liệu không dây về cho người dùng để người dùng kịp thời bổ sung các chất dinh dưỡng, bật tắt máy bơm thông qua ứng dụng chứ chưa tự động hóa hoàn toàn khâu đảm bảo các yếu tố cần thiết cho cây trồng

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, một số cá nhân và tổ chức đã cập nhật kịp thời kỹ thuật trồng cây thủy canh, một xu hướng mới trong phát triển nông nghiệp của thế giới Họ đã bắt đầu nhập và tự sản xuất được một số mô hình thủy canh cho hộ gia đình để cung cấp cho

số lượng lớn người dân tại các khu đô thị

Hình 1 2 Một số hệ thống thủy canh trong nhà

Chương 1 Tổng quan

Hình 1 3 Một số hệ thống thủy canh ngoài trời

Các hệ thống tại Việt Nam hầu như còn phụ thuộc vào sự chăm sóc thủ công của con người Các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ dinh dưỡng trong nước hay độ pH của nước vẫn được đo bằng tay và người ta điều chỉnh các yếu tố trên một cách thủ công Tốn khá nhiều thời gian để chăm sóc cho cây trồng

1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

 Mục đích nghiên cứu:

- Thiết kế hệ thống trồng rau thủy canh trong nhà

- Hệ thống tự vận hành và điều chỉnh độ pH, TDS và ánh sáng, mực nước

- Thực hiện giao tiếp mạch điện tử với mạng internet

- Điều khiển các thiết bị thông qua internet

- Giám sát hoạt động của mô hình qua internet

- Theo dõi các thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, nồng độ chất dinh dưỡng TDS, ánh sáng thông qua internet

- Thông báo cho người dùng để kịp thời khắc phục sự cố

 Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về các sản phẩm và hệ thống trồng rau thủy canh tại Việt Nam và trên thế giới

- Nghiên cứu tổng quát về kỹ thuật thủy canh

- Thiết kế và thi công hệ thống điện, hệ thống cơ phù hợp cho mô hình để

có thể cải tiến cho phù hợp với yêu cầu: Tự vận hành, giá thành rẻ, năng suất ổn định

Chương 1 Tổng quan

1.4 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu:

- Module cảm biến nồng độ dinh dưỡng trong nước

 Phương pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu tổng quan về IoT

- Xây dựng lưu đồ thuật toán và lập trình thuật toán cho Arduino

- Tìm hiểu cách điều chỉnh các thông số môi trường phù hợp với mô hình

- Tính toán, thiết kế mô hình

- Tìm hiểu về cách kết nối mạch điện với internet

1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học: Đề tài có thể là tài liệu hữu ích cho những ai quan tâm đến

lĩnh vực IoT trong nông nghiệp

 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần giải quyết vấn đề

điều khiển và giám sát các hệ thống nông nghiệp thông qua internet

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Kỹ thuật trồng rau thủy canh

2.1.1 Giới thiệu

Hình 2 1 Cây được trồng trong nước

Thủy canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào môi trường nước hoặc giá thể Nguyên lý của kỹ thuật này là ngâm rễ cây vào hỗn hợp nước

có pha thêm dinh dưỡng thủy canh (bao gồm các khoáng chất và các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng như Ca, K2O, P2O5, NH4, Mg, Zn, Cu…[2]) vì trồng trong nước không có sẵn các khoáng chất này như trong đất nên chúng ta phải pha nước cùng dung dịch dinh dưỡng, đồng thời chúng ta có thể dễ dàng điều chỉnh các yếu tố cần để cho cây phát triển một cách tốt nhất

Bí quyết của kỹ thuật này là cung cấp đủ và đúng lúc cho cây trồng các nguyên

tố khoáng cần thiết Cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng, bảo đảm đủ ánh sáng, CO2 cho quá trình quang hợp, O2 cho quá trình hô hấp, từ đó cây trồng có thể phát triển khỏe mạnh theo ý muốn của người trồng

Cây trồng dựa vào kỹ thuật này hoàn toàn có bộ rễ nằm trong hỗn hợp nước và chất dinh dưỡng nên theo tính toán, kỹ thuật trồng rau thủy canh có thể giảm 90% chi phí về nước, 95% phân bón và 99% thuốc bảo vệ thực vật [2]

Trong hệ thống thủy canh, nhiệt độ ở vùng rễ luôn thấp hơn nhiệt độ ngoài trời khoảng 10% - 15%, con số này có thể tăng thêm nếu ta áp dụng thêm một số cách như: mua loại ống cách nhiệt chuyên biệt được sản xuất cho việc trồng rau thủy canh hoặc bọc thêm giấy chống nhiệt cho ống chứa nước [3]

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Và nhờ vào việc không sử dụng đất nên môi trường có độ sạch cao, cây trồng sạch bệnh, trong trường hợp có cây bị nhiễm bệnh thì chúng ta có thể di chuyển cây ra khỏi hệ thống để tránh ảnh hưởng đến các cây khác

Bảng 2 1 So sánh thủy canh và thổ canh [2]

Dễ dàng điều chỉnh dinh dưỡng

Tối ưu hóa diện tích trồng

Tốc độ phát triển nhanh hơn 30-50%

Ít sâu bệnh Không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật

Trồng được quanh năm

Năng suất cao Chăm sóc ít hơn

Khó có thể điều chỉnh dinh dưỡng Không tối ưu diện tích đất trồng Tốc độ phát triển chậm hơn Nhiều sâu bệnh Cần sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Phụ thuộc vào thời tiết Năng suất thấp Chăm sóc thường xuyên Chi phí cao

Không đa dạng chủng loại

rọ Lượng giá thể sử dụng trong mỗi rọ cũng vừa phải, bởi khi dùng quá nhiều giá thể

sẽ làm tốn kém nguyên liệu, công sức xử lý nguyên liệu

- Các giá thể này phải thấm nước để cây có thể sử dụng dễ dàng

- Các giá thể này dễ dàng phân hủy trong môi trường hoặc có thể tái sử dụng lại

- Giá thể phải đảm bảo dễ kiếm, nhẹ và có giá thành thấp

Các giá thể có thể là cát, trấu, vỏ sơ dừa, than bùn, đất tổ ong, đất sét nung, mút xốp,…

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.1.3 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng

Bảng 2 2 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng [3]

Đạm(N)

Lân(P)

Kali(K)

Canxi(Ca) Magiê(Mg) Lưu Huỳnh(S)

Sắt(Fe), Kẽm(Zn) Mangan(Mn) Đồng(Cu) Bo(B) Molypđen(Mo)

Trong kỹ thuật canh tác thủy canh, các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng

đã được tổng hợp vào dung dịch thủy canh Chúng ta có thể dễ dàng hòa vào nguồn nước cung cấp cho cây trồng theo tỷ lệ mong muốn để cây trồng có thể phát triển một cách tốt nhất trong từng giai đoạn phát triển của cây

Ta có thể dùng thiết bị đo dinh dưỡng để biết được nồng độ dinh dưỡng của dung dịch thủy canh sau khi pha, kiểm tra chất lượng của nước, đo nồng độ các chất hòa tan hữu cơ và vô cơ, i-on có chứa trong dung dịch

Hình 2 2 Bút đo nồng độ dinh dưỡng

Có rất nhiều các loại dung dịch thủy canh trên thị trường hiện nay như: Mobi, Bio-Life, Gwall, General Hydoponics Flora Grow, Bloom, Micro Combo Ferti-lizer set, Fox Farm FX14050 Big Bloom, Grow Big & Tiger Bloom Liquid Fertilizer Nutrient Trio Hydro-Formula, 3/32-Ounce Bottles, Hydro Umat V…

TC-Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Hình 2 3 Dung dịch thủy canh

2.1.4 Yếu tố môi trường

Các yếu tố môi trường luôn ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng thủy canh từ lúc nảy mầm đến khi thu hoạch Vì thế để đảm bảo cây có thể phát triển tốt ta cần lưu ý những thông số sau

 Nhiệt độ nước

Nhiệt độ nước hay nhiệt độ của dung dịch thủy canh nếu quá cao sẽ gây mất cân bằng nồng độ axit, bazo và làm thay đổi nồng độ pH trong dung dịch Từ đó khiến rễ cây bị khô không thể hút được các chất dinh dưỡng, lá bị héo làm cây không thể quang hợp và còn có thể gây bệnh cho cây trồng Ngưỡng nhiệt độ dung dịch thủy canh cho hầu hết các loại rau cơ bản hiện tại là 18-32°C.[3]

 Nhiệt độ môi trường

Ngoài yếu tố nhiệt độ nước thì nhiệt độ môi trường cũng góp phần quan trọng không kém vào sự phát triển của cây Nếu nhiệt độ quá cao lá cây sẽ nhanh bị héo khiến cây khó có thể hô hấp, quang hợp với môi trường xung quanh Từ đó việc hấp thu nước

và chất dinh dưỡng của cây cũng bị ảnh hưởng làm cây phát triển bất thường, giảm năng suất Các loại cây trồng sẽ có các ngưỡng nhiệt độ khác nhau, thông thường là từ 24-27°C và ngưỡng nhiệt độ này có thể dao động lớn nhất trong khoảng 15-40°C tùy theo chất lượng hạt giống, khả năng chịu nhiệt của từng loại cây, khí hậu của vùng trồng.[3]

 Độ Ẩm môi trường

Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí, nó ảnh hưởng đến từng thời kỳ phát triển của cây Từ lúc ươm mầm, hạt giống cần độ ẩm cao để có thể nảy mầm cho

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

đến lúc cây phát triển cần độ ẩm vừa phải Nếu độ ẩm quá cao sự hô hấp, quang hợp của cây sẽ bị ảnh hưởng, ngoài ra độ ẩm cao còn tạo điều kiện cho các vi khuẩn, vi sinh vật phát triển gây bệnh cho cây Ngược lại nếu độ ẩm quá thấp cây sẽ nhanh bị héo do mất nước Độ ẩm phù hợp cho cây trồng trong khoảng 50-80% nhưng thông thường thì khoảng 60-65% [3]

 Ánh Sáng

Ánh sáng là một trong những điều kiện không thể thiếu để cây phát triển với hai quá trình chính là quang hợp và hô hấp Hai quá trình này thể hiện thông qua thời gian chiếu sáng mỗi ngày của cây trồng, từ đây ta phân ra được ba nhóm cây chính

Cây quang kỳ dài (cây dài ngày): Chúng cần từ 12-18 giờ ánh sáng mặt trời mỗi ngày Ví dụ như lúa mì, dâu tây, xà lách, cà rốt, táo, khoai tây, rau bina và củ cải, …

Cây quang kỳ ngắn (cây ngắn ngày): Chúng không cần quá nhiều ánh sáng vẫn có thể ra hoa, kết trái và phát triển mạnh, thông thường là dưới 12 giờ ánh sáng mặt trời mỗi ngày Các loại cây này gồm đu đủ, cà tím, bắp, dừa, cao su, đậu nành, mè, lúa mùa, …

Cây trung gian (cây không có quang kỳ): Là nhóm cây có thể ra hoa và phát triển trong cả điều kiện ngắn ngày và dài ngày Một số ví dụ bao gồm hoa hồng, ngô, ớt,

cà chua, dưa, bầu, bí, dưa hấu, đậu phộng, cam quít, …

Thông thường cây trồng thủy canh cần từ 8-10 giờ chiếu sáng để quang hợp, trong điều kiện trồng cây trong nhà không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thì cần thời gian chiếu sáng từ 12-16 giờ

Với cây trồng thủy canh thì theo các nghiên cứu trong và ngoài nước, cây sẽ hấp thụ hai dải ánh sáng chính gồm dải ánh sáng màu xanh dương (425nm-475nm) và dải ánh sáng màu đỏ (620nm-730nm) là thích hợp cho việc quang hợp Vì vậy nếu lựa chọn đèn led để thay thế cho ánh sáng mặt trời chúng ta nên lựa chọn loại đèn có bước sóng

từ 350-800nm.[1]

 Độ pH

Độ pH cho ta biết mức độ hòa tan các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp nước và

do đó cho ta biết khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng của cây

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Hình 2 4 Thang đo pH

Các nguyên tố đa lượng và trung lượng (các chất dinh dưỡng cần thiết với số lượng lớn) khó bị hòa tan nếu độ pH quá cao hoặc quá thấp Điều này làm cây trồng khó có thể hấp thụ các chất dinh dưỡng này ảnh hưởng đến sự phát triển của cây Đối với các nguyên tố vi lượng (các chất dinh dưỡng cần thiết với số lượng nhỏ) thường dễ

bị ảnh hưởng tại các độ pH nằm ở phần cuối của thang đo pH Nếu độ pH quá thấp các nguyên tố vi lượng sẽ bị hòa tan quá mức làm cây không thể hấp thụ hết được gây độc cho cây, còn khi độ pH quá cao thì các nguyên tố vi lượng này lại khó bị hòa tan khiến việc hấp thụ các chất dinh dưỡng này của cây bị giảm đi

Vì vậy, điểm lý tưởng mà cây trồng có thể hấp thụ được nhiều chất dinh dưỡng nhất là từ 5.5 đến 6.5

Ta có thể dùng thiết bị đo độ pH cầm tay để đo được chỉ số pH của nước.[2]

Hình 2 5 Bút đo độ pH

 Sâu bệnh

Các loại bệnh thường gặp ở cây trồng là bệnh vàng lá, bệnh thối nhũn, bệnh cháy

lá, bệnh xoăn lá, bệnh đốm lá do cây không hấp thu đủ chất dinh dưỡng, các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ không phù hợp, các loại nấm và vi khuẩn phá hoại

Các loại sâu phổ biến có thể kể đến như sâu tơ, rệp rau cải, sâu xanh…

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Vì trồng cây thủy canh ta không dùng các loại hóa chất phòng trừ sâu bệnh Do

đó ta sẽ có các biện pháp phòng tránh sâu bệnh cho cây như cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và các yếu tố môi trường cho cây, loại bỏ các cây nhiễm bệnh để tránh lây lan cho các cây còn lại, sử dụng các loại giấy bẫy côn trùng, lưới chống côn trùng

2.2 Các hệ thống canh tác thủy canh cơ bản

Hiện nay hầu hết các máng trồng đa số được làm bằng nhựa, nhưng vẫn có thể làm bằng các vật liệu khác như bê tông, thủy tinh, kim loại và gỗ Các máng trồng nên được che nắng để không cho tảo hay rong rêu phát triển trong dung dịch thủy canh

Dưới đây là cá mô hình thủy canh cơ bản, có thể biến tấu thành các kiểu khác nhau phù hợp với điều kiện từng nơi

 Hệ thống dạng bấc (Wick system)

Hệ thống dạng bấc cho đến nay là dạng hệ thống thủy canh đơn giản nhất Đúng như tên gọi, nguyên lý của hệ thống này là 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

Hình 2 6 Nguyên lý dạng bấc [4]

 Hệ Thống thủy canh tĩnh (Deep Water Culture)

Hệ thống thường dùng thùng chứa nước và 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 trong nước có chứa dung dịch dinh dưỡng Vì môi trường thiếu khí oxy nên cần có 1 máy bơm bơm sục khí để cung cấp oxy cho rễ Hệ thống thủy canh

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

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

Hình 2 7 Nguyên lý thủy canh tĩnh[4]

 Hệ thống ngập và rút định kỳ (Ebb and Flow)

Không giống như hệ thống thủy canh tĩnh ở trên, phần rễ cây luôn chìm trong nước chỉ thích hợp cho một số ít cây trồng Hệ thống ngập và rút định kỳ có một máy bơm điều khiển để có thể bơm dung dịch dinh dưỡng vào khay trồng và rút ra theo chu

kỳ đã được định sẵn Như vậy rễ cây sẽ có những lúc không ngập trong nước để “thở” một cách tự nhiên, tránh bị ngập, úng

Hình 2 8 Nguyên lý ngập rút định kỳ[4]

 Hệ thống màng dinh dưỡng (Nutrient Film Technique)

Trong hệ thống màng dinh dưỡng (Nutrient Film Technique), dung dịch dinh dưỡng được bơm liên tục vào các ống thủy canh chuyên dụng và chảy qua rễ của cây,

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

sau đó chúng chảy về bồn chứa và tiếp tục được bơm lên như một hệ tuần hoàn khép kín Hệ thống này còn có thể gọi là hệ thống thủy canh hồi lưu, nhằm ám chỉ sự hồi lưu liên tục của dòng nước Hệ thống này thường sử dụng trong quy mô lớn với mục đích thương mại

Hình 2 9 Nguyên lý màng dinh dưỡng[4]

 Hệ thống khí canh (Aeroponics)

Khí canh là hệ thống thủy canh dạng kỹ thuật cao nhất Giống như hệ thống màng dinh dưỡng, chất trồng chủ yếu là không khí Rễ nằm trong không khí và được cách lý với môi trường bên ngoài Dung dịch dinh dưỡng được một máy bơm phun sương phun lên rể cây để cung cấp chất dinh dưỡng cho cây, việc phun sương thường được thực hiện mỗi vài phút Như vậy, cây vừa có đủ thức ăn, vừa có đủ nước uống và luôn có không khí để thở Hiện nay khí canh được ứng dụng trong mô hình trồng khoai tây

Hình 2 10 Nguyên lý khí canh[4]

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.3 Internet of Things

Internet of Things, hay IoT là thuật ngữ ám chỉ việc mà tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), internet…Nhờ vào bộ xử lý giá rẻ và mạng không dây, có thể biến mọi thứ như các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác thành một phần của IoT Khi mà mỗi đồ vật được cung cấp một định danh riêng của nó và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính

IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử

và Internet Nó đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.[5]

Hình 2 11 Internet kết nối vạn vật [6]

2.3.1 IoT trong nông nghiệp

Các nhà cung cấp công nghệ IoT tiếp tục phát triển các nền tảng có thể giao tiếp, xử lý và cảm nhận dữ liệu môi trường được đo chính xác để giúp cải thiện hiệu suất trong nông nghiệp Có một loạt các công nghệ đằng sau các nền tảng IoT bao gồm: máy bay không người lái dùng để tưới thiêu hoặc phun thuốc, đèn nuôi trồng, thu năng lượng, máy phát, vi điều khiển, v.v

Thông thường, ngành nông nghiệp dễ bị rủi ro Các yếu tố tự nhiên có thể có tác động bất lợi đến năng suất tổng thể Nông dân có thể ngăn chặn những tình huống này với sự giúp đỡ của IoT Họ có thể nhận được các dữ liệu trong thời gian thực với độ

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

chính xác cao bằng cách sử dụng cảm biến nông nghiệp tiên tiến tùy thuộc vào nhu cầu (khi nào thu hoạch?, khi cần tưới?, v…v…)

Trong thủy canh hệ thống cảm biến không dây sẽ chỉ ra khi nào bạn phải bổ sung các chất dinh dưỡng hoặc nước Tất cả các nhiệm vụ này có thể được tự động bởi các cảm biến thông qua các bộ truyền động không dây, cho phép giảm nỗ lực của con người đồng thời đảm bảo một sản phẩm an toàn về hương vị và chất lượng

2.3.2 Hệ thống sever và ứng dụng Blynk

Blynk là một ứng dụng chạy trên nền tảng IOS và Android để điều khiển và giám sát thiết bị thông qua internet Blynk không bị ràng buộc với những phần cứng cụ thể nào Thay vào đó, nó hỗ trợ rất nhiều phần cứng cho bạn lựa chọn như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và nhiều module phần cứng phổ biến khác

- Điều khiển, giám sát thiết bị ở bất kì đâu thông qua internet với khả năng đồng

bộ hóa trạng thái và thiết bị

Hình 2 12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống với Blynk [6]

Chương 3 Thiết kế và thi công

3.1 Hệ thống thủy canh

Trong thực tế có rất nhiều hệ thống thủy canh khác nhau như hệ thống thủy canh kiểu chữ A và nửa chữ A, mô hình thủy canh kiểu áp tường, mô hình thủy canh kiểu dàn trải ngang, mô hình thủy canh dạng trụ đứng Nhưng hầu hết các mô hình này đều khó lắp đặt trong nhà vì chiếm diện tích, tính nhỏ gọn dễ di chuyển không cao nên nhóm đã thiết kế ra một mô hình mới có nhiều ưu điểm như chiếm ít diện tích, dễ di chuyển và lắp đặt cho nhà có diện tích nhỏ, bồn đựng nước và đường ống nước nằm trong mô hình, tính thẩm mỹ của mô hình được nâng cao có thể dùng để trang trí cho một góc của ngôi nhà

Cách lựa chọn vật liệu cho mô hình: Với yêu cầu dễ tìm, giá rẻ, thi công đơn giản nên chúng em chọn ống nhựa dẫn nước PVC cho mô hình thay cho các ống thủy canh bán sẵn với giá thành cao hơn

Vì mô hình trồng trong nhà, không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên

ta không cần mua các lớp lót cách nhiệt cho các ống nhựa

Hình 3 1 Mô hình thủy canh 3D trên Solidworks

Chương 3 Thiết kế và thi công

- Giữa ống trồng cây tầng 1 với ống đựng nước: 140mm

- Giữa các ống trồng cây với nhau: 230mm

- Giữa ống trồng cây tầng 4 với ống trên cùng: 290mm

 Thể tích nước trong mô hình:

3.1.2 Vật liệu

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại ống được sản xuất chuyên dụng cho việc trồng rau thủy canh nhưng khó để tìm mua do thủy cay chưa được phổ biến rộng rãi nên rất ít đơn vị kinh doanh trong nước nhập về mặt hàng này, và vì mặt hàng này đến từ nước ngoài nên giá thành còn khá cao không phù hợp cho các hộ gia đình nhỏ

lẻ nên nhóm chúng đã quyết định chọn ống nhựa PVC chuyên dẫn nước để thực hiện

mô hình này Ống dẫn nước có ưu điểm dễ mua trong trường hợp người dùng cần làm

mô hình mới hoặc thay thế có thể mua ở bất cứ đâu và đặc biệt là giá thành thấp hơn

so với ống nhựa PVC chuyên sản xuất để trồng thủy canh

Chương 3 Thiết kế và thi công

Bảng 3 1 Vật liệu hệ thống thủy canh

3.1.3 Thi công mô hình

- Ống đựng nước và ống trồng: Ta cắt và khoan lỗ theo các kích thước đã đo

- Ống nước đi bên trong: Ta cắt ống ∅ 21 theo từng đoạn và nối sẵn ở mỗi đầu đoạn ống một co 21 sao cho khoảng cách sau khi nối bằng khoảng cách giữa các ống trồng Sau đó ta luồn các ống nước vào các ống trụ đỡ

- Ống trụ đỡ hai bên: Ta ghép các ống chữ T 90, chữ T rút 60-27 lại với nhau bằng các đoạn ống ∅ 60 và nối thẳng chuyển bậc 90-60, khoảng cách giữa các chữ T rút với nhau cũng phải bằng khoảng cách các ống trồng

- Ống đựng nước sẽ được lắp vào trụ đỡ bằng nối thẳng chuyển bậc 220-90, ống trồng sẽ lắp vào trụ đỡ bằng nối thằng chuyển bậc 90-27 Ta dùng các ống ∅ 90,

∅ 21 nối bên trong giữa các nối thẳng chuyển bậc và chữ T để cố định

Chương 3 Thiết kế và thi công

- Đường nước từ máy bơm lên ta sẽ luồn dây nước mềm bên trong trụ đỡ nối tới ống trồng cao nhất và bịt lại bằng đầu bịt 21 có khoan lỗ Đầu bịt 90 vừa làm chân trụ vừa để chứa nước dư ra của ống đựng nước

3.2 Hệ thống điện

3.2.1 Thiết kế hệ thống

Hệ thống IoT được áp dụng nhằm đáp ứng những nhu cầu cần thiết cho cây phát triển một cách tự động, giảm công chăm sóc cho người dùng Hệ thống có thể tự động bơm nước, tự động bật tắt đèn chiếu sáng, điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm cho phù hợp với cây trồng Đồng thời hệ thống có thể tự động diều chỉnh độ pH và nồng độ chất dinh dưỡng trong nước Cung cấp đủ các yếu tố để cho cây phát triển một cách tốt nhất

Ngoài ra, hệ thống có thể chuyển dữ liệu từ mô hình đến người dùng thông qua ứng dụng trên điện thoại hoặc máy tính cá nhân Nhận lệnh trực tiếp từ người dùng thông qua ứng dụng để cài đặt các thay đổi cho hệ thống

Nguồn động

lực

Xử lý và điều khiển trung tâm

Truyền dữ liệu, tín hiệu

Hình 3 2 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống điện

Chương 3 Thiết kế và thi công

 Chi tiết các khối

- Ứng dụng: Giúp người dùng theo dõi và tương tác với hệ thống thông qua ứng

dụng Blynk trên điện thoại hoặc máy tính cá nhân

- Truyền dữ liệu và tín hiệu: Khối truyền dữ liệu và tín hiệu có chức năng năng

nhận dữ liệu từ khối xử lý và điều khiển trung tâm đưa đến khối hiển thị và tương tác Đồng khối này cũng nhận nhiệm vụ là chuyển các tín hiệu điều khiển

từ khối hiển thị và tương tác đến khối xử lý và điều khiển trung tâm

- Khối xử lý và điều khiển trung tâm: Khối xử lý và điều khiển trung tâm có

chức năng xử lý các tín hiệu điện áp và dòng điện nhận về từ cảm biến và biến đổi nó thành các đại lượng đo lường như °C đối với nhiệt độ, % đối với độ ẩm, chỉ số chất rắn hòa tan ppm… Đồng thời khối này cũng có nhiệm vụ phát ra tín hiện điều khiển cho khối thiết bị chấp hành

- Khối cảm biến: Khối cảm biến bao gồm các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, nhiệt độ

nước, cảm biến mực nước, phao điện từ, cảm biến ánh sáng, cảm biến độ pH, cảm biến nồng độ dinh dưỡng TDS.Các cảm biến này có chức năng lấy các thông số tự nhiên để đưa vào khối xử lý và điều khiển

- Khối thiết bị chấp hành: Nhiệm vụ của khối thiết bị chấp hành là nhận tín hiệu

điều khiển từ khối xử lý và điều khiển trung tâm đưa đến, bật tắt các thiết bị chấp hành như: máy bơm, đèn, hệ thống phun sương…

- Khối nguồn động lực: Khối nguồn động lực có chức năng cung cấp nguồn điện

cho hệ thống động lực Nguồn được dùng trong khối này là bộ nguồn tổ ong 220VAC – 12VDC

- Khối nguồn điều khiển: Khối nguồn điều khiển có nhiệm vụ cup cấp nguồn

điện 5V cho các board mạch điều khiển, truyền tín hiệu, các cảm biến Khối này dùng 1 Adapter 220VAC – 5VDC 2A

3.2.2 Khối truyền dữ liệu và tín hiệu

3.2.2.1 Module wifi NodeMCU ESP8266

Module NodeMCU ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết bị điện tử Thêm vào đó nó được tích hợp Wi-Fi 2.4GHz có thể dùng cho lập trình kết nối

Chương 3 Thiết kế và thi công

Hình 3 3 Module Wi-Fi NodeMCU

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật Module NodeMCU ESP8266 [7]

Số chân Input và Output 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/ PWM/

I2C/ OneWire trừ chân D0)

 Cách kết nối:

- VCC: 3.6 – 6VDC

- GND: Mass

- Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiển

- Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiển

3.2.3 Khối xử lý và điều khiển trung tâm

3.2.3.1 Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino Mega 1280 Arduino Mega 2560 được sử dụng rộng rãi với chip nhân Atmega2560 có bộ nhớ flash memory

Chương 3 Thiết kế và thi công

256 kB, 8kB cho bộ nhớ SRAM, 4kB cho bộ nhớ EEPROM Giúp cho người dùng thêm khả năng viết những chương trình phức tạp và điều khiển các thiết bị lớn như máy in 3D, điều khiển Robot…

Hình 3 4 Board Arduino Mega 2560

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 [8]

Chương 3 Thiết kế và thi công

Bảng 3 4 Các cổng Serial trên board Arduino Mega 2560 [8]

 Phần mềm lập trình cho Arduino:

Phần mềm lập trình cho Arduino là phần mềm IDE Đây là phần mềm có mã nguồn mở và có thể được tải về miễn phí từ trang chủ của Arduino

Hình 3 5 Giao diện phần mềm lập trình IDE

Giao diện của phần mềm Arduino Software (IDE) có nhiều phần, tuy nhiên ta cần chú ý đến những phần quan trọng được nêu ra trong Hình 2.11 Những phần này

có chức năng như sau:

 Thanh công cụ:

Thanh công cụ có thể giúp chúng ta lưu lại chương trình, cài đặt cấu hình phù hợp với loại vi điều khiển đang dùng, các chân kết nối từ vi điều khiển đến máy tính hoặc chúng ta có thể thêm bớt thư viện, cũng như mở các thư viện có sẵn và thêm một vài chức năng khác

Chương 3 Thiết kế và thi công

 Vùng lập trình:

Là nơi chứa toàn bộ chương trình mà chúng ta lập trình

 Hiển thị màn hình giao tiếp với máy tính:

Khi chúng ta nhấp vào biểu tượng cái kính lúp thì cửa sổ giao tiếp với máy tính sẽ được mở ra Phần này sẽ hiển thị các thông số, số liệu, trạng thái mà người dùng muốn đưa lên màn hình Ví dụ như muốn đưa thông số nào đó lên màn hình thì chúng ta cần thêm lệnh Serial.print() vào trong chương trình

3.2.3.2 Module thời gian thực RTC DS1307

Module thời gian thực RTC DS1307 có chức năng lưu trữ thông tin ngày tháng năm cũng như giờ phút giây, nó sẽ hoạt động như một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ liệu ra ngoài qua giao thức I2C

Module thời gian thực RTC DS1307 được thiết kế kèm theo một viên pin đồng

hồ có khả năng lưu trữ thông tin lên đến 10 năm mà không cần cấp nguồn 5V từ bên ngoài

Hình 3 6 Module RTC DS1307

Chương 3 Thiết kế và thi công

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 3 5 Thông số kỹ thuật Module RTC DS1307 [9]

3.2.3.3 Module L298N

Module L298N ngoài việc được dùng để điều khiển động cơ DC, chúng ta còn

có thể dùng để điều chỉnh điện áp cấp cho đèn bằng phương pháp băm xung PWM, mạch tích hợp diode bảo vệ và IC nguồn 7805

Hình 3 7 Module L298N

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật Module L298N [10]

Chương 3 Thiết kế và thi công

3.2.4.1 Module cảm biến đo tổng chất rắn hòa tan Gravity TDS Meter

TDS là tổng chất rắn hòa tan trong nước TDSlà một trong những chỉ số dùng để kiểm tra chất lượng của nước, hàm lượng tất cả các chất hữu cơ, vô cơ chứa trong nước.TDS có đơn vị là mg/l (minigrams/liter) hoặc ppm (part/million)

Thay vì phải dùng bút đo thử công như xưa Ngày nay ta đã có thể dùng module cảm biến TDS giúp ta đo được nồng độ chất rắn hòa tan trong nước

Hình 3 8 Module đo TDS Bảng 3 7 Thông số kỹ thuật của module TDS Meter [11]

Chương 3 Thiết kế và thi công

3.2.4.2 Module cảm biến pH Analog DFRobot

Module cảm biến pH có chức năng đo độ pH trong nước và trả về dữ liệu dạng điện áp

Hình 3 9 Cảm biến pH hãng DFRobot

 Thông số kỹ thuật của module cảm biến pH:

Bảng 3 8 Bảng thông số kỹ thuật của module cảm biến độ pH [12]

Chương 3 Thiết kế và thi công

 Quy đổi điện áp đầu ra:

Bảng 3 10 Bảng quy đổi điện áp đầu ra với giá trị pH tương ứng [12]

Điện áp (mV) Giá trị pH Điện áp (mV) Giá trị pH

3.2.4.3 Cảm biến nhiệt độ nước DS18B20

Cảm biến DS18B20 với đầu ra là dữ liệu Digital, được tích hợp trong ống thép không rỉ, độ nhạy cao cho phép ta đo chính xác nhiệt độ trong môi trường ẩm ướt, với giao thức đơn giản One-Wire DS18B20 cung cấp 9-12 bit cấu hình đọc nhiệt độ trên giao thức One-Wire, do đó bạn chỉ cần 1 dây để kết nối với một vi xử lý

Việc sử dụng rất đơn giản, với bộ cảm biến 3 dây chỉ cần cấp nguồn cho module

và kết nối dây Digital của module đến chân digital của vi điều khiển Dữ liệu đọc được

có thể hiển thị trên màn hình LCD, OLED hoặc cửa sổ Serial Monitor của trình biên dịch Arduino IDE

Chương 3 Thiết kế và thi công

Hình 3 10 Cảm biến DS18B20

 Thông số kỹ thuật của cảm biến DS18B20:

Bảng 3 11 Thông số kỹ thuật của cảm biến DS18B20 [13]

3.2.4.4 Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm môi trường DHT22

Cảm biến nhiệt độ DHT22 là cảm biến thông dụng tích hợp cả 2 chức năng đo được nhiệt độ và độ ẩm với độ chính xác khá cao Giao tiếp với vi điều khiển qua chuẩn giao tiếp One-Wire

Hình 3 11 Module cảm biến DHT22

Chương 3 Thiết kế và thi công

 Thông số kỹ thuật module cảm biến DHT22:

Bảng 3 12 Thông số kỹ thuật module cảm biến DHT22 [14]

Ngõ ra D0 trên cảm biến được dùng để xác định cường độ sáng của môi trường, khi ở ngoài sáng, ngõ ra D0 là giá trị 0, khi ở trong tối, ngõ ra D0 là 1 Trên cảm biến

có 1 biến trở để điều chỉnh cường độ sáng phát hiện, khi ta vặn cùng chiều kim đồng

hồ thì sẽ làm giảm cường độ sáng nhận biết của cảm biến, tức là môi trường phải ít sáng hơn nữa thì cảm biến mới đọc gía trị digital là 1

Hình 3 12 Cảm biến quang trở CDS

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 3 13 Thông số kỹ thuật cảm biến quang trở CDS [15]