Giải SGK Công nghệ 9 CTST Chủ đề 3. Thiết kế mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt có đáp án

Để thiết kế mạch điện ứng dựng công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt như hình minh họa ở Hình 3.1, người thiết kế cần thực hiện theo quy trình gồm:

- 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

Những công nghệ tưới tiêu thường được sử dụng trong trồng trọt hiện nay là:

- Tưới nhỏ giọt.

- Tưới phun mưa.

- Tưới phun sương.

- Tưới phun mưa và phun sương kết hợp.

Các thành phần công nghệ được ứng dụng trong mô hình là:

- Hệ thống tưới:

+ Tưới phun mưa.

+ Bộ điều khiển

+ Van điện từ

- Hệ thống bón phân:

+ Bể chứa phân bón

+ Máy bơm phân bón

+ Bộ điều khiển

- Hệ thống giám sát:

+ Cảm biến độ ẩm

+ Cảm biến nhiệt độ

+ Camera giám sát

- Hệ thống điều khiển:

+ Bộ điều khiển trung tâm

+ Kết nối internet

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

- 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

Mô tả hoạt động của mô hình hệ thống ứng dụng công nghệ tưới nước tự động trong trồng trọt:

+ 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.

- Mô tả công nghệ 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.

- Mô tả công nghệ 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.

- Mô tả công nghệ 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.

Giải thích hoạt động của mô hình ứng dụng trong công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt như minh họa ở Hình 3.3:

- 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.

Các bước thiết kế mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tiêu tự động trong trồng trọt là:

- 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.

Thiết kế mạch điện ứng dụng công nghệ tưới tự động cho hệ thống:

- 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.