ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Tên đề tài:
Nghiên cứu thiết kế hệ thống
điều khiển độ pH,EC cho hệ
thống tưới trong công nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Tấn Tiến
HVTH: Lê Quốc Đạt

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2011
LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ và tên học viên: Lê Quốc Đạt
Đơn vị công tác: HITECH MECHATRONIC lab - ĐH Bách Khoa Tp. HCM
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM
Chuyên ngành đào tạo: Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Khóa: K2010
Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Tấn Tiến
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển nồng độ pH cho hệ
thống tưới trong nông nghiệp”.
Mục Lục
CH NG 1: T NG QUAN ƯƠ Ổ 4
1.1 Các khái ni mệ 4
1.1.1 pH và nh h ng c a đ pH trong n c t i t i cây tr ngả ưở ủ ộ ướ ướ ớ ồ 4
1.1.2 EC và nh h ng c a EC trong n c t i đ n cây tr ngả ưở ủ ướ ướ ế ồ 5
1.2 Tính c p thi p c a đ tàiấ ế ủ ề 6
1.3 Tình hình nghiên c u trong và ngoài n cứ ướ 6
1.3.1 H th ng t i Andersonệ ố ướ 6
1.3.2 H th ng t i hi n đ iệ ố ướ ệ ạ 7
CH NG 2: T ng quan v v n đ nghiên c uƯƠ ổ ề ấ ề ứ 9

1.1.2 EC và ảnh hưởng của EC trong nước tưới đến cây trồng
EC hay còn gọi là độ dẫn điện, là một tham số cho biết tổng nồng độ
của muối trong dung dịch. EC càng cao, muối càng bị tan nhiều trong nước.
Với nước tưới, EC được dùng để xác định khả năng hình thành muối khi
nước được tưới vào cây trồng.Khả năng dẫn điện của nước phụ thuộc vào
nồng độ ion, loại ion và nhiệt độ của nước (dung dịch) [5].
Chỉ số EC của một mẫu nước thông thường là tổng chỉ số EC của tất
cả các ion. Thực tế, người ta sử dụng máy đo EC để xác định chỉ số EC của
mẫu (nước, dung dịch) theo công thức sau:
.
( / )
0.0191( 25) 1
M C
C K
EC mho cm
t
µ
=
− +
(1.1)
Trong đó,
M
C
= độ dẫn điện của mẫu,
mho
µ
.
t
= nhiệt độ của mẫu,
0

mà còn tự động hóa quá trình tưới theo từng gian đoạn phát triển của cây
trồng, và với việc kết hợp hệ thống tưới này với các hệ thống điều khiển
khác trong nhà kính sẽ tạo điều kiện tối ưu cho cây trồng phát triển.
1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.3.1 Hệ thống tưới Anderson
Một trong những hệ thống tưới kết hợp bón phân dạng lỏng được biết
với tên thương mại là Anderson (xem hình 1.2). Hệ thống có một đường ống
chính dẫn nước tưới và các bơm để bơm dung dịch phân bón, axit, bazơ vào
đường ống chính. Hệ thống này có một đồng hồ áp lực sẽ sinh ra một xung
thủy lực sau mỗi đơn vị thể tích của dòng nước chính đi qua. Xung thủy lực
sẽ đồng thời kích hoạt các bơm bơm một liều lượng nhất định dung dịch hóa
chất vào trong nước. Mỗi bơm có một van dùng để điều chỉnh lưu lượng
dung dịch hóa chất được bơm vào nước.Trước khi sử dụng, các van này
được điều chỉnh trước bằng taytùy vào tỷ lệ và nồng độ phân, nồng độ
pH/EC mong muốn của nước tưới.
Hình 1.2 Hệ thống tưới Anderson, nguồn: [6]
1.3.2 Hệ thống tưới hiện đại
Các hệ thống tưới hiện đại khắc phục được nhiều khuyết điểm của các hệ
thống trước đó.Nhờ ứng dụng những thành tựu của nghành khoa học máy
tính, điện tử và điều khiển, hệ thống tưới hiện đại có khả năng tưới và bón
phân với liều lượng được kiểm soát một cách chính xác và tự động, điều
chỉnh hàm lượng, thành phần dinh dưỡng và lượng nước tưới phù hợp cho
các loại cây trồng khác nhau. Việc điều khiển pH và EC trong nước tưới
nông nghiệp đã được nghiên cứu và liên tục phát triển trong những năm gần
đây. Tuy nhiên tài liệu nghiên cứu về việc điều khiển nồng độ pH cho hệ
thống tưới nước, tưới phân hầu như rất ít vì nó chủ yếu được xây dựng và
phát triển trong nội bộ các công ty về thiết bị nông nghiệp, các tài liệu về
việc nghiên cứu thiết kế hệ thống này luôn được bảo mật.
Hình 1.3 Mô hình hệ thống tưới hiện đại, nguồn: [6]
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về các giải thuật được ứng

axit và bazơ được nối trực tiếp vào đường ống nước tưới hoặc thùng chứa
nước tưới như hình vẽ. Việc điều khiển lưu lượng dòng dung dịch bazơ hay
axit đổ vào đường ống (thùng chứa) nước tưới sẽ đảm bảo việc tăng hay
giảm pH của nước tưới theo mong muốn. Hiện nay việc điều khiển pH của
nước tưới gặp khó khăn vì đường cong chuẩn độ pH là phi tuyến và nó hết
sức nhạy cảm với nhiễu trong quá trình điều khiển. Nhìn vào đường cong
chuẩn độ bên dưới, ta thấy rằng đường cong chuẩn độ rất dốc ở vùng pH từ
5 đến 9, vì vậy việc điều khiển độ lưu lượng dòng dung dịch axit hay bazơ
để pH đạt được vào vùng này là rất khó khăn.
Hình 2.1 Mô hình điều khiển pH

Hình 2:2 dạng đường cong chuẩn độ.
(a) Hệ thống với Axit mạnh- bazo mạnh
(b) Hệ thống với Axit yếu- bazo mạnh
(c) Hệ thống với Axit mạnh, axit yếu- bazo mạnh
Để điều khiển giá trị EC trong nước tưới ta dùng thêm một hoặc nhiều
bình chứa phân bón tùy thuộc vào cách thức bón phân, các bình này được
nối trực tiếp với đường ống hay bình chứa nước tưới thông qua các van. Ta
điều khiển lưu lượng của các van này để đảm bảo lượng phân bón được hòa
vào là phù hợp và đạt được EC mong muốn. Việc điều khiển này phải lưu ý
tới nồng độ phân trong các thùng chứa đồng thới lưu lượng nước trong
đường ống chính hay thể tích bình chứa nước tưới, nhằm đảm bảo đủ giá trị
EC cho suốt quá trình tưới.
2.3 Hệ thống hòa trộn hóa chất và chuẩn độ pH, EC
Hình 2.3 Mô hình điều khiển pH
Hiện nay mô hình hòa trộn hóa chất và chuẩn độ pH, EC chủ yếu sử
dụng mô hình như hình vẽ trên , các hóa chất được hút vào đường ống chính
thông qua các ống venturi, các cảm biến pH và EC sẽ được bố trí cuối đường
ống chính và gửi tính hiệu về bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ đóng ngắt các
van để điều chỉnh lưu lượng các hóa chất chảy vào đường ống chính. Với

3. Xây dựng bộ điều khiển và viết
chương trình điều khiển cho hệ
thống thực nghiệm
Điều khiển được hệ
thống hút và hòa trộn hóa
chất
16/07/11–
15/08/11
4. Tiến hành thực nghiệm, thu thập
dữ liệu, hiệu chỉnh thuật toán
Các số liệu nghiên cứu
thực nghiệm
16/08/11–
30/08/11
5. Xây dựng hê thống hoàn chỉnh
nhằm đưa vào thực tế
Xây dựng hệ thống giao
tiếp với người dùng để
ứng dụng vào thực tế
31/08/11–
30/09/11
6. Viết báo cáo Quá trình thực hiện và số 1/10/11–
liệu nghiên cứu 30/10/11
CHƯƠNG 4: Dự kiến mục lục luận văn
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu về tầm quan trọng của pH và EC
1.2. Giới thiệu các mô hình đã được phát triển trên thế giới
1.3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận văn
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
2.1. Nước tưới

[1] William R. Argo, Ph.D., Paul R. Fisher, Ph.D., Understanding Water Quality, Part 1:
Water pH, Alkalinity, and Control Of Media-pH, originally printed in OFA bulletin
(No.878, May-June 2003)
[2] Bill Argo, Ph.D., Understanding pH Management And Plant Nutrition, Part 2: Water
Quality, originally printed in 2003 in the Journal of the International Phalaenopis Alliance,
Vol.13 (1).
[3] K. Valarmathi, D.Devaraj and T.K.Radhakrishnan, A Combined Genetic Algorithm and
Sugeno Fuzzy Logic based approach for on-line Tuning in pH process.
[4] Luis E. Zárate pontifica. Catholic University of Minas Gerais, Brazil, Peterson Resende
Federal University of Minas Gerais, Brazil, A Fuzzy logic and variable structure based
controller for pH control, The 27
th
Annual Conference of th IEEE Indistrial Electronics
Society.
[5] Dhruba Sankar De, Ai-Poh Loh, P. R. Krishnaswamy National University of Singapore.
A nonlinear adaptive controller for a pH neutralization process, Proceeding of the merican
Control Conference, Chicago, illinois- June 2000.
[6] United States Patent, Computerized Fertilizer Injection System, Patent number: 5184420,
Date of patent: Feb. 9, 1993.