Sở hữu vườn rau vừa sạch vừa rẻ nhờ hệ thống này

Hiện nay, vệ sinh an toàn thực phẩm nhất là rau xanh là chủ đề nóng được xã hội quan tâm. Một trong những giải pháp đó là nhiều người dùng hệ thống nhà kính để sản xuất thực phẩm, tuy nhiên chi phí để xây dựng khá đắt đỏ (khoảng 1-2 triệu đồng/mét vuông).

Với đề tài "Thiết kế mô hình hệ thống nhà trồng cây tự động, tối ưu ánh sáng và nước tưới" của hai học sinh Huế, người dân có thể tiết kiệm tối đa tiền vốn nhưng năng suất và chất lượng cao hơn.

Cung cấp thực phẩm sạch cho người dân với chi phí thấp

Với đề tài trên, hai em Nguyễn Thành Nhân và Lê Quý Đạt (cựu học sinh trường THPT chuyên Quốc Học, TP. Huế) đã đoạt giải Khuyến khích Cuộc thi toàn quốc lần thứ 12 năm 2016 và giải Nhì Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế lần thứ 9 năm 2016.

 Mô hình nhà trồng cây tự động tối ưu ánh sáng và nước tưới.

Ý tưởng của đề tài là xây dựng được mô hình kết hợp giữa hệ thống cảm biến và kết hợp với cấu trúc mô hình, từ đó tạo cơ được cơ chế tự động hóa trong việc tưới tiêu, cung cấp ánh sáng... cho cây trồng một cách phù hợp nhất.

Mục đích của đề tài nhằm tạo ra một hệ thống nhà trồng cây thế hệ mới có đầy đủ các ưu điểm của những kiểu nhà trồng cây hiện đại như nhà kính, nhà màng… giúp người nông dân tăng thu nhập trên một đơn vị diện tích, cải thiện và từng bước thay đổi tập quán canh tác cho nông dân, cung cấp thực phẩm sạch cho bữa ăn hàng ngày.

Không dừng lại ở đó, mô hình còn sở hữu một số ưu thế nổi bật. “Cụ thể, mô hình có giá thành rẻ hơn, có đầy đủ hệ thống tưới tiêu, hệ thống cảm biến và bộ xử lý để tự vận hành điều khiển quá trình hoạt động, tận dụng tối đa điều kiện của môi trường bên ngoài như ánh sáng mặt trời và lượng mưa đảm bảo cho quá trình phát triển của cây trồng được ổn định. Từ đó, nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm”, Đạt cho hay.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình.

Trong suốt 7 tháng thực hiện đề tài, Đạt và Nhân đã từng bước nghiên cứu và hoàn thiện mô hình sản phẩm. Những thực nghiệm và lý thuyết đã chứng minh tính khả thi, ứng dụng thực tế của đề tài.

Hai học sinh đã tiến hành nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu và nhược điểm của các nhà trồng cây trên thị trường; đưa ra giả thiết, vấn để cơ cấu, đặc điểm của mô hình từ đó tìm kiếm vật liệu phù hợp, đưa ra mẫu thiết kế, xây dựng mô hình sản phẩm.

Sau quá trình nghiên cứu, Đạt và Nhân quyết định sử dụng hệ thống vi xử lý kết hợp với các cảm biến giá thành rẻ để thực hiện mô hình. Qua quá trình thử nghiệm và sửa chữa, mô hình hoạt động bình thường và ổn định.

Cơ sở lý thuyết của đề tài là thông số điều kiện môi trường được hệ thống cảm biến thu nhận sẽ được xử lí thông qua bộ vi xử lí ở vi điều khiển. Từ đó, xuất ra các lệnh để điều khiển việc đóng mở màn che, tưới phun, tắt, mở đèn cho phù hợp với điều kiện môi trường. Quá trình hoạt động tạo thành quy trình khép kín, tạo điều kiện thích hợp cho cây trồng, nâng cao chất lượng sản xuất.

Nhân chia sẻ: “Lợi thế của hệ thống nhà trồng cây mới này là năng suất có thể cao hơn so với trồng bên ngoài gấp nhiều lần, giá thành rẻ, dễ sử dụng, phù hợp với hầu hết các loại cây trồng trên thị trường. Ngoài ra, hệ thống chống chịu tốt trước các tác nhân khắc nghiệt của môi trường (mưa đá, gió mạnh…), tận dụng tối ưu các điều kiện tự nhiên của môi trường và có thể điều khiển tưới, đèn chiếu sáng và mái che bằng tay nếu muốn”.

Thân thiện với môi trường

Mô hình gồm bộ vi xử lý, hệ thống cảm biến (cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ độ ẩm, cảm biến mưa), trục truyền động mái che, hệ thống đèn led, máy bơm nước cỡ nhỏ, ống nước...

Mô hình áp dụng thực nghiệm. Trong ảnh là mái che và các ống nước.

Nhân chia sẻ: “Mô hình hoạt động theo hai nguyên lý bằng tay và tự động thông qua các cảm biến độ ẩm, nhiệt độ và bộ vi xử lý để tự vận hành hệ thống. Theo đó, khi lượng mưa quá nhiều hay cường độ ánh sáng thay đổi thì hệ thống chuyển động hai chiều làm đóng mở mái che linh hoạt. Còn với các thông số cài đặt theo từng loài cây, khi mưa đủ lượng nước, hệ thống tự động đóng lại mái che. Nếu mưa chưa đủ, hệ thống tiếp tục tưới bổ sung lượng nước còn thiếu. Khi cường độ ánh sáng thay đổi, hệ thống tự động đóng mở để điều chỉnh ánh sáng phù hợp với nhu cầu quang hợp của cây đó”.

Ngoài ra, hệ thống được tích hợp cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, nhiệt độ ngưng tưới và nhiệt độ phải tưới. Khi nhiệt độ xuống thấp dưới ngưỡng cây sinh trưởng, hệ thống sẽ ngưng tưới để không làm giảm nhiệt độ tránh ảnh hưởng không tốt đến cây.

Cấu trúc mô hình đảm bảo khả năng thoát nhiệt tốt (khi nắng), hạn chế nước mưa tràn gây ngập úng cho cây, tạo khả năng đối lưu cao, thoát ẩm tốt, khả năng chống chịu thiên tai tốt, dễ thi công và thể hiện tính thẩm mĩ cao.

Để có được sản phẩm hoàn thiện, các em đã gặp không ít khó khăn. “Các thí nghiệm gặp nhiều hạn chế do dụng cụ còn thô sơ, thiếu thốn, trình độ kĩ thuật hạn chế do việc lập trình chưa quen. Đồng thời, thời gian gấp rút, hạn hẹp và kinh nghiệm xử lí tình huống, kĩ năng thực hiện thí nghiệm chưa được hoàn thiện”, Đạt cho biết.

Nguyễn Thành Nhân tại Lễ trao giải Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng toàn quốc lần thứ 12. Ảnh: Đinh Văn Chung.

Theo Nhân và Đạt, nếu có điều kiện tiếp tục nghiên cứu và đầu tư kĩ hơn, các em sẽ kết hợp hệ thống chiếu sáng ban đêm với hệ thống chống trộm, tránh tình trạng phá hoại; thiết lập hệ thống thông số lý tưởng của các loại cây thông dụng; xây dựng thêm hệ thống đèn sưởi cho cây, giúp duy trì nhiệt độ - độ ẩm lý tưởng và kích thích sự phát triển của cây trong những điều kiện khắc nghiệt (mưa dài ngày, giá rét…);

Lắp đặt hệ thống đèn đơn sắc với cường độ thích hợp cho từng loại cây vì mỗi loại cây sẽ quang hợp tốt dưới một vài loại ánh sáng đơn sắc nhất định, việc này sẽ vẫn giúp cây phát triển nhanh và cho năng suất cao nhưng tiết kiệm được năng lượng.

Bên cạnh đó, còn kết hợp hệ thống tưới phun với hệ thống bón phân đối với những loại cây hấp thụ phân bón trên lá, từ đó giảm được công lao động.

Thầy Phan Tiến Anh (giáo viên hướng dẫn hai em) cho biết, hai em Nhân và Đạt là học sinh giỏi, siêng năng và rất đam mê nghiên cứu khoa học.

“Nhà trồng cây tự động là mô hình rất hữu ích, các em đã bỏ nhiều công sức để thực hiện nó. Mô hình hoạt động hiệu quả với chi phí thấp, có khả năng ứng dụng cao trong cuộc sống, góp phần tạo cơ sở cho việc xây dựng mô hình sản xuất cây trồng ứng dụng công nghệ cao theo hướng công nghiệp hóa”, thầy Tiến Anh chia sẻ.