Tài liệu Thiết kế và thi công mô hình thủy canh thông minh

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. Đồng Nai, ngày 15 tháng 11 năm 2019 Sinh viên thực hiện Lê Đức Hoàng Đào Trung Hiếu Nguyễn Bá Huy Hoàng Trang 2 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 Trang 3 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 Trang 4 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 Trang 5 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 Trang 6 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 Trang 7 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 Trang 8 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 Trang 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DC Direct Current AC Alternating Current GND Gemeinsame Normdatei IoT Internet of Things TDS Total Dissolved Solids USB Universal Serial Bus UART Universal Asynchronous Receiver / Transmitter LED Light Emitting Diode I2C Inter-Integrated LCD Liquid Crystal Display OLED Organic light-emitting diode SRAM Static Random Access Memory EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory PPM Parts per million Ca Cansium K2O Potassium Oxide P2O5 Phosphorus Nitrogen NH4 Ammonium Nitrogen Mg Magnesium Zn Zincum Cu Cuprum Trang 10 Chương 1 Tổng quan CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật và đặc biệt là công nghệ thông tin. Việc thiết kế, chế tạo ra các hệ thống có khả năng tự vận hành và có thể được điều khiển, giám sát từ xa đang dần trở thành xu hướng. Các 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, … Trang 11 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 Trang 12 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. Trang 13 Chương 1 Tổng quan 1.4 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: - Bo mạch Arduino. - Bo mạch kết nối wifi. - Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. - Cảm biến nhiệt độ nước. - Cảm biến ánh sáng. - Module cảm biến độ pH. - 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. Trang 14 Chương 2 Cơ sở lý thuyết 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] Trang 15 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] PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH PHƯƠNG PHÁP THỔ CANH Dễ dàng điều chỉnh dinh dưỡng Khó có thể điều chỉnh dinh dưỡng Tối ưu hóa diện tích trồng Không tối ưu diện tích đất trồng Tốc độ phát triển nhanh hơn 30-50% Tốc độ phát triển chậm hơn Ít sâu bệnh Nhiều sâu bệnh Không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Cần sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Trồng được quanh năm Phụ thuộc vào thời tiết Năng suất cao Năng suất thấp Chăm sóc ít hơn Chăm sóc thường xuyên Chi phí cao Chi phí thấp Không đa dạng chủng loại Đa dạng nhiều loại cây trồng Cần cập nhật kiến thức Kiến thức cơ bản 2.1.2 Giá thể trồng cây Giá thể rất là quan trọng đối với việc trồng rau thủy canh và đặc biệt quan trọng nhất trong giai đoạn hạt giống nảy mầm, giai đoạn khi đem cây con đi trồng trồng các 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.  Đặc điểm: - Giá thể dùng trong thủy canh phải đảm bảo có khả năng giữ được độ ẩm và đảm bảo thoáng khí tốt. - Đảm bảo giá thể của rau thủy canh có độ pH trung tính và độ pH phải ổn định để không làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rau. - 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,… Trang 16 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] Các nguyên tố đa Các nguyên tố trung Các nguyên tố vi lượng lượng lượng Đạm(N) Canxi(Ca) Sắt(Fe), Lân(P) Magiê(Mg) Kẽm(Zn) Kali(K) Lưu Huỳnh(S) 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: TCMobi, Bio-Life, Gwall, General Hydoponics Flora Grow, Bloom, Micro Combo Fertilizer set, Fox Farm FX14050 Big Bloom, Grow Big & Tiger Bloom Liquid Fertilizer Nutrient Trio Hydro-Formula, 3/32-Ounce Bottles, Hydro Umat V… Trang 17 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 Trang 18 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. Trang 19 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… Trang 20