CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KHÓA LUẬN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG HÓA TƯỚI PHUN THEO ĐA NĂNG
1.1. Giới thiệu về các công trình nghiên cứu về hệ thống tưới phun hiện nay.
Kỹ thuật tưới phun là một trong những phương pháp tưới sử dụng nước hợp lý,
tiết kiệm nước và năng lượng, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng năng suất lao
động và tăng năng suất cây trồng. Tưới phun là phương pháp tưới cung cấp nước
cho cây trồng dưới dạng các hạt mưa hoặc hạt sương rơi trên một diện tích nhỏ xung
quanh gốc cây trồng bằng thiết bị gọi là máy phun mưa. Nguyên tắc chính của
phương pháp này là đưa lượng nước rất hạn chế tập trung vào vùng rễ cây thông qua
hệ thống máy bơm, ống dẫn nước và đầu phun để tạo thành mưa cục bộ tưới cho các
loại cây trồng.
Các phương pháp tưới phun hiện nay:
- Tưới phun mưa – phun sương:
Sử dụng máy bơm nước cột áp cao kèm theo ống dẫn và mũi phun tạo mưa.
Đây là phương pháp tưới hiện đại có tác dụng nhiều mặt cả về tạo độ ẩm cho đất và
làm mát cho cây, kích thích sinh trưởng cho cây và đặc biệt có thể tiết kiệm được
30-50% khối lượng nước so với phương pháp tưới tràn theo rãnh.
- Tưới phun rối xoáy:
Dòng phun rối xoáy được tạo ra do ứng dụng chuyển động xoắn, ngoài các hiện
tượng phức tạp xuất hiện trong dòng rối, còn them vào quá trình xoáy làm phân tán,
lắng đọng và cuốn theo của các hạt (giọt lỏng, bọt khí). Trong kỹ thuật, dòng phun
rối xoáy được hình thành bằng ba phương pháp cơ bản:
+) Nhờ rãnh dẫn hướng (rãnh tạo xoáy hay cánh tạo xoáy) trong đầu phun.
+) Tạo ống dẫn trực tiếp đi vào đầu phun theo phương chiều trục và phương
tiếp tuyến.
+) Đầu phun quay trực tiếp để tạo xoáy.
1.2. Các phương pháp tưới thủ công và bán thủ công.
- Phương pháp tưới rãnh
Là phương pháp tưới để nước chảy theo các rãnh được thiết kế giữa các hàng
cây. Nước được thấm dần vào đất và cung cấp cho cây trồng. Cách tưới này tiết
kiệm và chủ động được nước tưới cho vườn cây, lớp đất mặt vẫn tơi xốp, không bị

cây, nhộng, các loài ruồi, sâu đục hạt). Phương pháp tưới này tốn nhiều nước, chỉ áp
dụng được với nơi có địa hình tương đối bằng phẳng, thoát nước tốt. Phương pháp
này có nhược điểm là đất bị gí chặt, dinh dưỡng bị rửa trôi theo dòng nước tiêu, kết
cấu đất bị phá vỡ.
Tưới ngập là tạo nên trên mặt đất một lớp nước nhất định và dần dần thấm vào
đất. Phương pháp này áp dụng cho các cây trồng ưa nước như lúa, cói, một số cây
thức ăn gia súc hoặc áp dụng trong trường hợp rữa mặn.
1.3. Phương pháp tưới phun mưa.
Kỹ thuật tưới phun mưa là kỹ thuật đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng dưới
dạng mưa nhân tạo nhờ các thiết bị tạo dòng phun mưa (tia mưa) thích hợp. Phương
pháp này ngày càng được phổ biến và áp dụng rộng rãi, nhất là tại các nước có nền
công nghiệp phát triển. Tưới phun mưa là phương pháp sử dụng máy bơm nước cột,
áp cao kèm theo ống dẫn và mũi phun tạo mưa. Đây là phương pháp tưới hiện đại có
tác dụng nhiều mặt cả về tạo độ ẩm cho đất và làm mát cho cây, kích thích sinh
trưởng cho cây và đặc biệt có thể tiết kiệm được 30-50% khối lượng nước so với
phương pháp tưới tràn theo rãnh.
* Ưu điểm :
- Hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chế cao độ tổn thất nước do bốc hơi vì tia phun
ngắn, cường độ phun mưa - diện tích - khoảng không gian làm ướt có thể được điều
chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng, không tạo nên dòng chảy mặt đất,
không phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ.
- Do toàn bộ hệ thống đường ống đặt ngầm nên tiết kiệm đất, thuận tiện việc
chăm sóc, canh tác trên đồng ruộng. Mặt khác cũng dễ dàng tự động hóa từng phần
hoặc toàn phần hệ thống tưới, như cơ khí hoá và tự động hóa phần thiết bị điều
khiển, thiết bị tưới mặt ruộng hoặc điều khiển toàn bộ hệ thống từ xa theo chương
trình lập sẵn nên tiết kiệm sức lao động và nâng cao năng suất tưới.
- Nâng cao năng suất tưới và năng suất các khâu canh tác nông nghiệp khác.
- Sử dụng áp lực làm việc loại trung bình và thấp, lưu lượng yêu cầu nhỏ nên tiết
kiệm năng lượng và nguồn nước.
- Có tác dụng cải tạo vi khí hậu khu tưới.

thống tưới nhỏ giọt đất tưới cũng được tiết kiệm tối đa.
- Không gây ra xói mòn đất, không tạo nên váng đất đọng trên bề mặt và không
phá vỡ cấu tượng đất do tưới nhỏ giọt được thực hiện một cách liên tục với mức tưới
rất nhỏ dưới dạng từng giọt.
- Đảm bảo năng suất tưới, năng suất lao động được nâng cao không ngừng vì có
khả năng cơ khí hóa, tự động hóa cao độ khâu nước tưới. Tạo điều kiện cơ giới, tự
động hóa thực hiện tốt một số khâu khác như: phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học
kết hợp tưới nước.
- Việc thực hiện tưới nhỏ giọt thực tế đã rất ít phụ thuộc vào các yếu tố thiên
nhiên: độ dốc địa hình, thành phần và cấu trúc đất tưới, mực nước ngầm ở nông hay
sâu, điều kiện nhiệt độ và không bị chi phối bởi ảnh hưởng của gió như là tưới phun
mưa và có thể thực hiện tưới liên tục suốt ngày đêm.
- Kỹ thuật tưới nhỏ giọt sử dụng cột nước áp lực làm việc thấp và lưu lượng nhỏ
nên tiết kiệm năng lượng giảm chi phí quản lý vận hành. Nói chung áp lực tưới nhỏ
giọt chỉ bằng 10% - 15% ở tưới phun mưa và lượng nước bơm lại ít hơn 70% - 80%.
- Tưới nhỏ giọt đã góp phần ngăn chặn được sự phát triển của cỏ dại quanh gốc
cây và sâu bệnh, vì nước tưới chỉ làm ẩm quanh gốc cây.
- Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước cho phép cung cấp nước trực tiếp đến tận rễ cây
và khống chế phân bố độ ẩm vùng hoạt động của bộ rễ cây nên rất tiết kiệm nước
tưới. Thực tế kỹ thuật tưới này dùng nước ít hao từ 20 - 30% so với tưới phun mưa
toàn bộ, thậm chí có thể tiết kiệm từ 50 đến 80% so với kỹ thuật tưới thông thường.
- Cung cấp nước thường xuyên, tạo ra môi trường ẩm trong đất gần độ ẩm tối đa
đồng ruộng. Lượng nước tưới có thể được khống chế và điều khiển dễ dàng để bảo
đảm nước tưới được phân bố đều trong vùng đất có bộ rễ hoạt động, duy trì chế độ
ẩm thích hợp theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Nhờ khả năng
cung cấp nước và chất dinh dưỡng trực tiếp tới rễ cây nên cây trồng sinh trưởng,
phát triển nhanh, đạt năng suất cao.
* Các nhược điểm:
- Nhược điểm chủ yếu là dễ gây ra sự tắc bí (nước khó thoát) tại các vòi tạo giọt
và ống nhỏ giọt, các đường ống dẫn trong các thiết bị tạo giọt dễ bị tắc do bùn cát,

thể điều chỉnh cho phù
hợp với sự tang trưởng
của cây trồng, không tạo
nên dòng chảy mặt, không
phá vỡ cấu tượng đất.
- Có thể kết hợp với bón
phân, thuốc trừ sâu, cải
tạo vi khí hậu môi trường
xung quanh.
- Tiết kiệm đất, dễ chăm
sóc canh tác.
- Nâng cao năng suất tưới
và năng suất các khâu
canh tác.
- Tiết kiệm năng lượng
nguồn tưới, hạn chế sâu
bệnh, cỏ dại.
- Phù hợp với các loại cây
trồng thân mềm yếu và
các cây trong nhà kính.
- Cung cấp nước một cách đều
đặn nhưng tránh được hiện
tượng rửa trôi, bạc màu.
- Đảm bảo phân bố đều độ ẩm
cho đất, không gây xói mòn,
không phá vỡ cấu tượng đất.
- Nâng cao năng suất lao
động, đảm bảo năng suất tưới.
- Ưu điểm lớn nhất của
phương pháp này là không

định trong thiết kế xây
dựng và quản lý.
- Vốn đầu tư ban đầu cao
so với phương pháp tưới
cổ điển.
- Các đường ống thường
bị hư hỏng nên quá trình
bảo quản vận hành khó
khan hơn.
chất hữu cơ… nên gây tốn
công xử lý.
- Không có khả năng làm mát
cây, cải tạo môi trường vi khí
hậu hạn chế.
- Sự phân bố độ ẩm trong một
số trường hợp thường thiếu và
không đồng bộ ở bộ rễ cây.
- Nếu việc tưới nhỏ giọt bị
chững lại thì ảnh hưởng tới
quá trình phát triển của cây
trồng.
1.6. Tổng kết chương 1.
Nhìn chung các phương pháp tưới đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng
nhưng đều mang lại một lợi ích nhất định cho người trồng cây. Tùy vào từng điều
kiện của từng vùng trồng trọt và điều kiện kinh tế để áp dụng phương pháp tưới tiêu
hiệu quả nhất và mang lại năng suất cao nhất. Trong đó phương pháp tưới phun là
phương pháp tưới thích hợp nhất cho các vườn cây trồng thân mếm, các loại hoa
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của cây trồng.
2.1.1. Yếu tố nhiệt độ môi trường.
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng của cây trồng. Cây có

thời tiết, ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của thực vật. Gió ảnh hưởng đến quá
trình
sinh trưởng của cây: quá trình ra hoa, thụ phấn, hấp thụ chất dinh dưỡng.
2.1.5. Phân bón.
Phân bón có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống của thực vật. Nó không những
có tác dụng làm cho cây sinh trưởng nhanh mà còn là nhân tố ảnh hưởng rất lớn đến
sự hình thành và phát triển cơ thể thực vật. Theo nhiều tài liệu trên thế giới, chỉ sử
dụng phân bón chiếm 30%. Việc kết hợp cân đối các nguồn phân, khả năng cung
cấp của đất, thế thống canh tác, giống cây trồng, điều kiện thời tiết thích hợp sẽ
nâng cao hiệu quả sư dụng phân bón, giảm chi phí, nâng cao hiệu quả sản xuất, bảo
vệ môi trường sinh thái bền vững. Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các
nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng đươc bón trực tiếp vào đất hoặc hoà
lẫn vào nước phun, xử lý hạt giống, rễ và cây con. Cây trồng cần cung cấp các chất
dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Các chất dinh dưỡng này bao gồm các
nguyên tố đa lượng, trung lượng, vi lượng và các nguyên tố khoáng cần thiết cho
cây, chúng đều có trong đất và được cây tròng hấp thụ qua hệ thống rễ. Tuy nhiên số
lượng các nguyên tố này đất không có khả năng cung cấp đủ cho cây trồng trong
quá trình sinh trưởng, do đó phải bón phân bổ sung. Viêc bón phân cho cây trồng
phải tiến hành thường xuyên và được chú trọng để tạo điều kiện cho cây sinh trưởng
tốt và nâng cao sức sống cho cây trồng. Bón phân cũng như những biện pháp kỹ
thuật canh tác khác nhau, thường không chỉ gây ra một tác động trực tiếp dẫn đến
một kết quả nào đó mà thường có nhiều tác động lên các thành tố trong hệ sinh thái
và có thể dẫn đến những kết quả khác nhau. Do đặc điểm của quá trình phản ứng
dây chuyền và quá trình tiếp nhận các tác động từ bên ngoài vào các hệ sinh thái mà
có thể có những tác động rất mạnh nhưng không gây ra hiệu quả gì đáng kể, trong
khi đó, có những tác động nhẹ nhàng, nhưng được nhân lên trong phản ứng dây
chuyền và tạo nên những hiệu quả rất lớn. Bón phân hợp lý có thể không cần sử
dụng những lượng phân bón mà có thể đạt được hiệu quả rất cao.
2.2. Tính toán thiết kế, bố trí hệ thống ống dẫn nước, vòi phun.
2.2.1. Tính toán áp lực nước.

b, Lựa chọn vòi phun
Căn cứ vào điều kiện thực tế tại vùng tưới và đặc điểm sinh học của loại cây
trồng cần tưới mà lựa chọn loại vòi phun mưa phù hợp. Bảng 2 quy định trị số H/d
thích hợp đối với các loại cây trồng, trong đó H là áp lực nước đầu vòi phun và d là
đường kính miệng vòi. Đơn vị của H và d tính bằng mét (m).
Bảng 2 - Trị số H/d thích hợp đối với các loại cây trồng
Loại cây trồng Trị số H/d
1. Các loại rau
≥ 4 000
2. Cây lương thực và cây công nghiệp
≥ 3 000
3. Cây ăn quả
≥ 2 500
4. Cỏ chăn nuôi
≥ 2 000
+ Xác định cường độ phun mưa
Cường độ phun mưa ký hiệu là p, đơn vị là mm/h, được xác định như sau:
-Xác định theo lý thuyết:
p = 1 000
2
.R
q
π
.β
trong đó: R là bán kính tầm phun mưa, m;
q là lưu lượng phun, m
3
/h, phụ thuộc vào loại vòi phun;
β là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun.
Sơ đồ bố trí hình vuông

độ phun mưa cho phép phụ thuộc vào đặc điểm của loại đất canh tác và độ dốc địa
hình khu canh tác, lấy theo quy định sau:
Với khu tưới có độ dốc mặt đất dưới 5 %:
Đất cát 20 mm/h
Đất thịt pha cát 15 mm/h
Đất cát pha 12 mm/h
Đất thịt 10 mm/h
Đất sét 8 mm/h
Khi độ dốc địa hình khu tưới từ 5 % trở lên, cường độ phun mưa phải giảm
tương ứng với tỷ lệ giảm tốc độ thấm của đất, lấy theo bảng 3:
Bảng 3 - Mức độ giảm tốc độ thấm theo độ dốc bề mặt khu tưới
Độ dốc mặt đất % Mức độ giảm tốc độ thấm %
< 5 0
Từ 5 đến 8 20
Từ 8 đến 12 40
Từ 12 đến 20 60
> 20 75
Độ đồng đều của tưới phun mưa
Đánh giá mức độ đồng đều của tưới phun mưa theo công thức
C
u
=









=
n
hh
n
i
i
∑
=
−
1
n là số điểm đo.

c, Sơ đồ bố trí vòi phun
Tuỳ thuộc điều kiện cụ thể của khu tưới mà lựa chọn một trong các sơ đồ bố trí như
hình 1:
Tốc độ gió dưới 1,5 m/s Áp dụng sơ đồ a (kiểu tam
giác)
Tốc độ gió từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s Áp dụng sơ đồ b (kiểu hình
vuông)
Tốc độ gió từ 3,5 m/s đến dưới 5,0
m/s
Áp dụng sơ đồ c hoặc sơ đồ d
Tốc độ gió từ 5,0 m/s trở lên Ngừng tưới.
R
a
b
R
a
b
a) Sơ đồ bố trí kiểu tam giác b) Sơ đồ bố trí kiểu hình vuông

Khoảng cách giữa các vòi phun
Khoảng cách a giữa các vòi phun phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun và bán kính
tầm phun mưa của vòi phun, xác định như sau:
- Bố trí kiểu hình vuông:
a = b=
2
.R
- Bố trí kiểu hình tam giác:
a = 1,73 R
- Bố trí kiểu hình chữ nhật và hình bình hành:
a = R
trong đó R là bán kính tầm phun mưa của vòi phun, m.
e, Bố trí đường ống
- Các đường ống chính nên bố trí dọc theo đường giao thông nội bộ khu tưới,
cách mép đường một khoảng bằng bán kính tầm phun mưa của vòi phun và nằm sâu
dưới mặt đất từ 60 cm đến 70 cm.
- Các đường ống nhánh và đường ống tưới bố trí theo diện tích khu tưới (thường
vuông góc với đường ống chính), đặt sâu dưới mặt đất từ 50 cm đến 60 cm.
- Các đường ống chờ nên bố trí cao hơn so với mặt đất. Chiều cao của đường
ống chờ phụ thuộc vào chiều cao lớn nhất của loại cây trồng được tưới. Khoảng
cách giữa các đường ống chờ phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun và bán kính tầm
phun mưa của vòi phun, xác định theo 5.8. Đường ống chờ phải được định vị cố
định để chống rung lắc trong quá trình phun
f, Tính toán thủy lực đường ống
- Sơ đồ bố trí mạng lưới đường ống phụ thuộc vào điều kiện địa hình và quy mô
của khu tưới, hệ thống đường giao thông của vùng tưới, đường sản xuất bố trí trong
khu tưới và cảnh quan môi trường khu vực vùng tưới.
- Tính thủy lực đường ống phải đảm bảo các khu vực trong vùng tưới được tưới
đồng đều, tổn thất giữa điểm đầu và điểm cuối đường ống không vượt quá phạm vi
cho phép, áp lực nước tại các đầu vòi phun không được chênh lệch nhau quá 10 %.

1
63,29
10.06,86






−
Df
Q
Q là lưu lượng của đoạn ống, l/s;
D là đường kính ống, mm;
f là hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ống, lấy theo bảng 4;
L là chiều dài đoạn ống tính toán, km;
H
c
là tổn thất cục bộ, xác định theo công thức (49):
H
c
=. ξ.
g
V
2
2

ξ là hệ số tổn thất cục bộ, xác định bằng phương pháp tra bảng tính toán thủy
lực;
V là vận tốc dòng chảy của đoạn ống tính toán, m/s;

* Tính năng mới của họ AVR:
- Giao diện SPI đồng bộ.
- Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được.
- Giao tiếp I2C.
- Bộ biến đổi ADC 10 bit.
- Các kênh băm xung PWM.
- Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by vv.
- Một bộ định thời Watchdog.
- 3 bộ Timer/Counter 8 bit.
- 1 bộ Timer/Counter 16 bit.
- 1 bộ so sánh analog.
- Bộ nhớ EEPROM.
- Giao tiếp USART vv.
2.4.2 Giới thiệu vi điều khiển ATmega16:
ATmelga16 có đầy đủ tính năng của họ AVR, về giá thành so với các loại khác
thì giá thành là vừa phải khi nghiên cứu và làm các công việc ứng dụng tới vi điều
khiển. ATmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực
hiện mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega 16 có thể đạt được tốc độ
1MÍP trên mỗi MHz(1 triệu lệnh/s/MHz).
ATmega16 có một số tính nặng sau:
- Bộ nhớ 16K(flash) . - 512 byte (EEPROM). - 1 K (SRAM).
- Đóng vỏ 40 chân , trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT
A,B,C,D. Các chân này đều có chế độ pull_up resistors.
- Giao tiếp SPI. - Giao diện I2C. - Có 8 kênh ADC 10 bit.
- 1 bộ so sánh analog. - 4 kênh PWM.
- 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit.
- 1 bộ định thời Watchdog.
- 1 bộ truyền nhận UART lập trình được.
2.4.3.Mô tả các chân:
- Vcc và GND 2 chân cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động.

- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ
thống này thì đo từ 0 đến 150. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của
nó.Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35.
Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách
LM35 - > ADC - > Vi điều khiển
Như vậy ta có:
U= t.k
u là điện áp đầu ra
t là nhiệt độ môi trường đo
k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 độ C
Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit. Vậy bước thay đổi của
LM35 sẽ là 5/(2^10) = 5/1024
Giá trị ADC đo được thì điện áp đầu vào của LM35 là
(t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t
Vậy nhiệt độ ta đo được t = giá trị ADC/2048
Tương tự với ADC 11bit và Vcc khác ta cũng tính như trên để được công thức
lấy nhiệt độ.
2.5.2. Tìm hiểu cảm biến LM335
Hình dạng của LM335 ngoài thực tế :
LM335 có 3 chân chính : 2 chân cấp nguồn và 1 chân out tín hiệu Analog
Khi ta cấp điện áp 5V cho LM335 thì nhiệt độ đo được từ cảm biến sẽ chuyển thành
điện áp tương ứng tại chân số 2 (Vout). Điện áp này được tỉ lệ với giải nhiệt độ mà
nó đo được. Với độ giải của nhiệt độ đầu ra là 10mV/K. Hoạt động trong giải điện
áp từ 0 cho đến 5V và giải nhiệt độ đo được từ 0 oC đến 100oC. Và cần chú ý đến
những thông số chính sau:
+ Hoạt động chính xác ở dòng điện đầu vào từ 0.4mA đến 5mA. Dòng điện
đầu vào ngoài khoảng này kết quả đo sẽ sai.
+ Điện áp cấp vào ổn định là 5V.
+ Trở kháng đầu ra thấp 1 ôm.