Tưới nước tưởng như là một công việc đơn giản, nhưng lượng nước cây thực sự cần thay đổi theo loại cây, giai đoạn sinh trưởng, thời tiết, đặc tính đất hoặc giá thể và khả năng thoát nước của khu vực trồng. Nếu chỉ tưới theo một lịch cố định, cây có thể bị thiếu nước trong những ngày nóng nhưng lại nhận quá nhiều nước sau mưa hoặc khi đất vẫn còn ẩm.
Bộ tưới tự động theo độ ẩm đất và lịch tưới của ENVI được phát triển theo hướng kết hợp dữ liệu cảm biến với lịch vận hành. Hệ thống có thể theo dõi độ ẩm vùng rễ, kiểm tra thời điểm tưới đã cài đặt và điều khiển bơm hoặc van khi các điều kiện cần thiết được đáp ứng.
Mục tiêu của hệ thống không phải là thay thế hoàn toàn việc quan sát cây, mà giúp quá trình tưới trở nên nhất quán, có dữ liệu và phù hợp hơn với trạng thái thực tế của đất.
Bộ hẹn giờ là hình thức tự động hóa đơn giản và rất hữu ích. Tuy nhiên, lịch tưới cố định không biết đất đang khô hay còn ẩm.
Ví dụ, nếu hệ thống được đặt tưới mỗi ngày vào buổi sáng thì nó vẫn có thể hoạt động sau một đêm mưa hoặc khi đất giữ nước tốt hơn bình thường.
Ngược lại, trong những ngày nhiệt độ cao, nắng mạnh hoặc cây đang ở giai đoạn sử dụng nhiều nước, một lịch tưới cố định có thể không đáp ứng đủ nhu cầu.
Có thể hiểu:
Lịch tưới cho biết khi nào được phép tưới.
Kết hợp hai yếu tố này giúp hệ thống đưa ra quyết định có cơ sở hơn so với chỉ sử dụng một trong hai.
Một logic cơ bản có thể được tổ chức theo chuỗi:
Đến thời điểm kiểm tra → đọc độ ẩm đất → kiểm tra điều kiện → tưới nếu cần → chờ nước phân bố → đo lại
Điều này khác với kiểu hẹn giờ đơn giản:
Đến giờ → bật bơm
Trong hệ thống có cảm biến, lịch tưới đóng vai trò giới hạn thời gian vận hành, còn dữ liệu độ ẩm được sử dụng để đánh giá nhu cầu thực tế.
Độ ẩm đất phản ánh lượng nước có trong đất hoặc giá thể. Tuy nhiên, giá trị cảm biến thu được không nên được hiểu tách rời khỏi loại đất.
Cùng một mức độ ẩm nhưng:
Vì vậy, không có một ngưỡng phần trăm độ ẩm duy nhất phù hợp cho tất cả cây và tất cả loại đất.
Một sai lầm phổ biến trong hệ thống tưới tự động là đặt một giá trị cố định rồi áp dụng cho toàn bộ khu vực.
Ngưỡng phù hợp còn phụ thuộc vào:
Do đó, hệ thống ENVI được định hướng để người sử dụng thiết lập vùng vận hành phù hợp với khu trồng cụ thể thay vì sử dụng một mức mặc định cho mọi trường hợp.
Một hệ thống đơn giản có thể sử dụng hai mức:
Ví dụ về nguyên lý:
Đất khô hơn ngưỡng dưới → cho phép tưới
Việc sử dụng hai mức thay vì chỉ một mức giúp tạo vùng trễ điều khiển, hạn chế hiện tượng bơm hoặc van liên tục bật – tắt khi tín hiệu dao động quanh một giá trị.
Nếu chỉ sử dụng cảm biến, hệ thống có thể kích hoạt bất cứ lúc nào khi giá trị xuống thấp. Điều này không phải lúc nào cũng phù hợp với cách quản lý của người trồng.
Lịch tưới có thể được sử dụng để giới hạn thời điểm hệ thống được phép hoạt động.
Ví dụ về logic:
Đúng khung giờ + đất đang khô → tưới
Như vậy, lịch tưới và cảm biến không loại trừ nhau mà bổ sung cho nhau.
Tùy cấu hình, bộ điều khiển có thể được xây dựng với các cách vận hành như:
Việc lựa chọn chế độ phụ thuộc vào loại cây, quy mô khu trồng và mức độ tự động hóa mong muốn.
Một cảm biến tốt nhưng đặt sai vị trí vẫn có thể làm hệ thống tưới sai.
Cảm biến nên đại diện cho vùng rễ mà cây thực sự khai thác nước. Nếu đặt quá gần đầu nhỏ giọt, cảm biến có thể luôn đọc ẩm trong khi phần lớn vùng rễ vẫn khô.
Ngược lại, nếu đặt quá xa vùng tưới, hệ thống có thể liên tục cho rằng đất thiếu nước mặc dù khu vực quanh cây đã đủ ẩm.
Khi bố trí cảm biến cần xem xét:
Điều này phụ thuộc vào mức độ đồng nhất của khu vực.
Một khu trồng nhỏ, cùng loại đất, cùng cây và cùng hệ tưới có thể được quản lý bằng một điểm đại diện.
Nhưng nếu khu vực có sự khác biệt lớn về:
thì một cảm biến duy nhất có thể không phản ánh toàn bộ khu vực.
Trong trường hợp đó, hệ thống có thể được chia thành nhiều vùng tưới và sử dụng nhiều điểm đo.
Một hệ thống lớn có thể tổ chức:
Vùng 1 → cảm biến 1 → van 1
Mỗi vùng có thể có ngưỡng và lịch khác nhau tùy loại cây hoặc đặc điểm đất.
Cách chia vùng thường có ý nghĩa hơn việc cố sử dụng một ngưỡng chung cho toàn bộ khu trồng.
Tùy hệ thống cấp nước, bộ điều khiển có thể làm việc với:
Với hệ nhiều vùng, một cấu trúc phổ biến về nguyên lý là:
Bộ điều khiển → chọn vùng → mở van → chạy bơm → tưới → dừng bơm → đóng van
Trình tự thực tế cần được xây dựng theo đặc điểm thủy lực và thiết bị của từng hệ thống.
Tự động hóa không chỉ có nhiệm vụ bật bơm. Hệ thống cũng cần hạn chế những trạng thái có thể gây hại cho thiết bị.
Tùy cấu hình, có thể xem xét các điều kiện như:
Nếu có cảm biến mực nước phù hợp, dữ liệu này có thể được sử dụng như một điều kiện bảo vệ nguồn nước.
Giá trị độ ẩm có thể dao động nhẹ do nhiễu cảm biến, thay đổi tiếp xúc với đất hoặc quá trình nước thấm qua vùng đo.
Nếu hệ thống phản ứng với từng thay đổi nhỏ, relay, van và bơm có thể đóng ngắt liên tục.
Do đó, logic điều khiển nên có:
Ngay sau khi bắt đầu tưới, nước chưa lập tức phân bố đều trong toàn bộ vùng rễ. Nếu cảm biến nằm gần điểm tưới, tín hiệu có thể tăng nhanh trước khi nước lan đến các vùng khác.
Ngược lại, với một số loại đất, cảm biến có thể phản ứng chậm hơn quá trình cấp nước.
Vì vậy, một chu trình điều khiển hợp lý nên xét đến:
Tưới → nước thấm và phân bố → chờ ổn định → đo lại
Khoảng thời gian cần thiết phụ thuộc vào loại đất, lưu lượng tưới, khoảng cách cảm biến và cấu hình khu trồng.
Một lịch phù hợp vào mùa khô chưa chắc phù hợp vào mùa mưa.
Nhu cầu nước có thể thay đổi theo:
Do đó, lịch tưới nên được xem như một cấu hình có thể điều chỉnh chứ không phải cài một lần rồi sử dụng quanh năm.
Nhiều cảm biến độ ẩm không đo trực tiếp lượng nước theo một cách hoàn toàn độc lập với đất. Kết quả có thể chịu ảnh hưởng của đặc tính điện của đất, độ mặn, mật độ đất, loại giá thể và cách đặt đầu dò.
Vì vậy, nếu cần sử dụng giá trị độ ẩm để điều khiển chính xác hơn, nên đánh giá cảm biến trong chính loại đất hoặc giá thể đang sử dụng.
Đặc biệt, không nên mặc định giá trị hiển thị của một cảm biến giá thấp là độ ẩm thể tích chính xác nếu thiết bị chưa được hiệu chuẩn theo phương pháp phù hợp.
Đất chứa nhiều ion hòa tan có đặc tính điện khác với đất ít muối. Với một số nguyên lý đo, sự thay đổi này có thể ảnh hưởng đến tín hiệu cảm biến.
Do đó, nếu hệ thống sử dụng trong vùng có tưới phân thường xuyên hoặc đất có EC cao, nên đánh giá khả năng ảnh hưởng của độ mặn đến loại cảm biến đang sử dụng.
Khi độ ẩm được ghi lại theo thời gian, người trồng có thể quan sát rõ chu kỳ:
Tưới → độ ẩm tăng → ổn định → cây sử dụng nước → độ ẩm giảm → tưới tiếp
Đường dữ liệu này cung cấp nhiều thông tin hơn một phép đo tại một thời điểm.
Có thể xác định:
Một hệ thống ghi dữ liệu không chỉ phục vụ điều khiển mà còn hỗ trợ phát hiện bất thường.
Cấu hình cụ thể phụ thuộc vào quy mô và yêu cầu của từng khu trồng.
Bộ điều khiển có thể được tích hợp với những hệ thống phù hợp như:
Mỗi phương pháp có đặc điểm lưu lượng và phân bố nước khác nhau, vì vậy thời gian tưới cần được xác định theo chính hệ thống thực tế.
Hệ thống có thể được phát triển cho:
Độ ẩm đất là thông số chính của hệ thống nhưng không phải yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến nhu cầu nước.
Tùy nhu cầu, hệ thống có thể được mở rộng để theo dõi thêm:
Các thông số bổ sung không nhất thiết phải trực tiếp điều khiển tưới, nhưng có thể cung cấp thêm dữ liệu để người trồng hiểu điều kiện vận hành.
Tùy cấu hình, hệ thống có thể lưu các thông tin như:
Nhờ đó, người sử dụng có thể kiểm tra được không chỉ độ ẩm hiện tại mà còn lịch sử hệ thống đã tưới như thế nào.
Cảm biến chỉ phản ánh điều kiện tại vị trí đo. Người vận hành vẫn cần quan sát cây và kiểm tra hệ thống định kỳ.
Những công việc vẫn cần thực hiện gồm:
ENVI phát triển bộ tưới tự động theo nguyên tắc lịch tưới xác định thời điểm – cảm biến xác định nhu cầu – bộ điều khiển quyết định vận hành.
Thay vì chỉ bật bơm theo giờ hoặc chỉ dựa vào một giá trị độ ẩm, hệ thống được định hướng kết hợp nhiều điều kiện:
Lịch → độ ẩm → trạng thái nguồn nước → tưới → chờ thấm → kiểm tra lại
Tùy quy mô, hệ thống có thể được cấu hình cho một hoặc nhiều vùng tưới, nhiều cảm biến và nhiều van độc lập.
Các chức năng lưu dữ liệu, cảnh báo hoặc theo dõi từ xa cũng có thể được phát triển khi thực sự cần thiết.
Bộ tưới tự động theo độ ẩm đất và lịch tưới giúp chuyển việc tưới từ một thao tác cố định sang một quá trình có điều kiện và có dữ liệu.
Lịch tưới giúp xác định thời điểm phù hợp để hệ thống được phép hoạt động, trong khi cảm biến độ ẩm cung cấp thông tin về trạng thái của vùng rễ. Khi kết hợp với các điều kiện bảo vệ bơm, vùng trễ điều khiển và thời gian chờ sau tưới, hệ thống có thể vận hành ổn định hơn.
Điều quan trọng là không có một ngưỡng độ ẩm hoặc lịch tưới duy nhất phù hợp cho mọi cây và mọi loại đất. Hệ thống cần được thiết lập dựa trên cây trồng, đất hoặc giá thể, phương pháp tưới và điều kiện thực tế của từng khu vực.
Với dữ liệu được theo dõi qua thời gian, người trồng có thể từng bước điều chỉnh lịch tưới và ngưỡng vận hành dựa trên chính phản ứng của khu trồng, thay vì chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc một giá trị cài đặt cố định.
Bộ tưới tự động theo độ ẩm đất và lịch tưới
Vì sao chỉ tưới theo giờ chưa đủ?
Cảm biến độ ẩm cho biết đất có đang cần nước hay không.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Độ ẩm đất là gì?
Không nên lấy một ngưỡng độ ẩm áp dụng cho mọi cây
Logic điều khiển theo độ ẩm
Độ ẩm trở lại vùng phù hợp → dừng tưới
Vì sao cần kết hợp thêm lịch tưới?
Đúng khung giờ + đất vẫn đủ ẩm → bỏ qua
Ngoài khung giờ → không tưới tự động
Có thể sử dụng nhiều chế độ vận hành
Vị trí cảm biến quyết định chất lượng dữ liệu
Một cảm biến có đủ cho cả khu vườn không?
Quản lý tưới theo từng vùng
Vùng 2 → cảm biến 2 → van 2
Vùng 3 → cảm biến 3 → van 3
Vai trò của bơm và van
Bảo vệ bơm là một phần quan trọng của hệ tưới
Không nên bật và tắt bơm liên tục theo từng biến động nhỏ
Phải chờ nước thấm trước khi đánh giá lại
Lịch tưới cũng cần thay đổi theo mùa
Cảm biến độ ẩm đất cần được kiểm tra theo đất thực tế
Độ mặn của đất có thể ảnh hưởng đến một số cảm biến
Theo dõi dữ liệu giúp tối ưu lịch tưới
Dữ liệu có thể giúp phát hiện lỗi hệ thống tưới
Hiện tượng
Điều nên kiểm tra
Bơm chạy nhưng độ ẩm không tăng
Nguồn nước, bơm, van, đường ống, đầu tưới, vị trí cảm biến.
Độ ẩm tăng quá nhanh rồi giảm nhanh
Vị trí cảm biến, dòng nước cục bộ, khả năng giữ nước của đất.
Một vùng luôn khô hơn vùng khác
Độ đồng đều tưới, lưu lượng đầu tưới, đất và điều kiện vi khí hậu.
Độ ẩm không thay đổi trong thời gian dài
Kiểm tra cảm biến, kết nối và vị trí lắp đặt.
Các thành phần chính của hệ thống
Thành phần
Chức năng
Cảm biến độ ẩm đất
Theo dõi trạng thái nước trong vùng đo.
Bộ điều khiển
Xử lý dữ liệu, lịch và logic tưới.
Đồng hồ thời gian
Duy trì lịch vận hành theo thời gian.
Bơm nước
Cấp nước cho hệ thống tưới khi được cho phép.
Van điện
Đóng mở từng vùng tưới khi hệ thống được chia khu vực.
Cảm biến mực nước
Có thể hỗ trợ kiểm tra nguồn nước và bảo vệ bơm.
Có thể kết hợp với nhiều phương pháp tưới
Ứng dụng cho vườn cây và khu trồng
Có thể mở rộng thêm các thông số môi trường
Có thể lưu và theo dõi lịch sử tưới
Tự động hóa không có nghĩa là bỏ hoàn toàn kiểm tra thực tế
Định hướng thiết kế của ENVI
Kết luận
Bài mới nhất
Đang tải bài mới...
0 nhận xét:
Đăng nhận xét