Sáng tạo khoa học kỹ thuật

THIẾT BỊ TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG
Học sinh: Nguyễn Văn Thắng – Vũ Nhật Tân – THPT Phan Chu Trinh
Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện đề tài “Thiết bị tưới nước tự động thân thiện với
môi trường”, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Ban
giám hiệu trường THPT Phan chu Trinh.
Chúng em xin cám ơn Cô Ngô Thị Trúc Giang– giáo viên trực tiếp hướng
dẫn và chỉ bảo cho chúng em hoàn thành dự án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn bạn bè, và gia đình đã động viên, khích
lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành
dự án này.
Học sinh: Nguyễn Văn Thắng
Vũ Nhật Tân

Mục lục
1. TÓM TẮT.................................................................................................................................3
1.1. Mục đích............................................................................................................................3
1.2. Trình tự thực hiện..............................................................................................................3
1.3. Dữ liệu và kết luận.............................................................................................................3
2. GIỚI THIỆU.............................................................................................................................4
2.1. Lý do chọn nghiên cứu.......................................................................................................4
2.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................................4
2.3. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................................5
2.4. Đối tượng nghiên cứu – Phạm vi nghiên cứu......................................................................5
2.5. Cơ sở lý luận và thực tiễn của nghiên cứu..........................................................................5
3. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM....................................................................................8
3.1. Phương thức nghiên cứu.....................................................................................................8
3.2. Các bước nghiên cứu..........................................................................................................9
3.3. Thiết bị...................................................................................................................................9
4. KẾT QUẢ THU ĐƯỢC...........................................................................................................12
5. KẾT LUẬN NGHIÊN CỨU....................................................................................................12
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................13

1. TÓM TẮT
1.1. Mục đích
- Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng
thấp, an toàn cho người sửdụng… Đồngthời, phát triển ngành côngnghiệp sản xuất
pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí
thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá,
có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt cần được tận
dụng một cách triệt để.
- Việc thiếu nước sinh hoạt, sản xuất trầm trọng ở các thành phố lớn đã đặt ra nhu cầu
tiết kiệm nước cho các hộ gia đình. Để tiết kiệm nước thì chúng ta trước hết cần sử
dụng hợp lí nguồn nước. Nước tưới cho cây trồng đang bị sử dụng không hợp lí,
lãng phí. Dẫn đến hao phí nguồn nước sạch, nếu tưới nước không phù hợp với nhu
cầu sinh lí của cây có thể dẫn đến cây phát triển không bình thường, hoặc có thể
chết,… Đặt ra vấn đề sử dụng hợp lí nước cho cây trồng, tiết kiệm nguồn nước tưới
cho các thành phố lớn.
- Người dân ở các thành phố lớn thường rất bận bịu với công việc hàng ngày, không
có thời gian chăm sóc câycảnh, vườn rau trong nhà. Chính vấn đề này đã đặt ra nhu
cầu tiết kiệm thời gian chăm sóc cây, vườn rau một cách tự động hóa. Vì thế thiết bị
tạo ra phải hoạt động tự động, không phụ thuộc vào con người.
=>> Nhóm cần nghiên cứu một sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời để tưới cây
trong gia đình một cách tự động.
1.2. Trình tự thực hiện
- Nghiên cứu quy trình hoạt động của pin năng lượng mặt trời.
- Nghiên cứu nguyên tắc hoạt động của máy bơm nước động cơ một chiều.
- Nghiên cứ hoạt động của cảm biến độ ẩm đất.
- Nhóm đã thực hiện nghiên cứu việc sử dụng pin năng lượng mặt trời để cung cấp
điện cho toàn bộ thiết bị.
1.3.Dữ liệu và kết luận
1.3.1. Dữ liệu nghiên cứu
- Việc sử dụng năng lượng mặt trời tại địa phương.
- Pin năng lượng mặt trời 16 cell.
- Bơm nước sử dụng động cơ một chiều với hiệu điện thế 12V – 30W.
- Cảm biến độ ẩm đất.
- RơLe đóng ngắt mạch điện.
1.3.2. Kết quả
- Chế tạo thành công thiết bị tưới nước tự động sử dụng năng lượng mặt trời.
- Mang lại sự thay đổi về nhận thức của mọi người : về nguồn năng lượng tạo ra năng
lượng điện rất gần gũi.

- Sản phẩm thiết thực trong cuộc sốngsinh hoạt hàng ngày, tiết kiệm được các chi phí
sinh hoạt.
- Sản phẩm giúp tiết thời gian, nguồn nước, kinh tế trong gia đình.
- Sản phẩm có thể được phổ biến rộng rãi, mọi người có thể làm được.
- Thân thiện với con người, áp dụng cho nhiều trường hợp.
2. GIỚI THIỆU
2.1. Lý do chọn nghiên cứu
- Có bốn dạng công nghệ năng lượng mặt trời hiện đang có mặt trên thị trường Việt
Nam. Đó là côngnghệ năng lượng mặt trời quy mô hộ gia đình, quy mô thương mại
sử dụng cho các khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, quân độivà các trung tâm dịch vụ,
cho làng mạc như đèn công cộng, âm thanh, tivi và trạm sạc pin.
- Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm sử dụng năng lượng
mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ tập trung tại nông thôn, miền núi
– nơi mức sống tương đối thấp.
- Ở nhiều thành phố lớn,
người dân vẫn đang trong tình
trạng thiếu nguồn nước sinh
hoạt, thiếu thời gian chăm sóc
khu vườn nhỏ trong gia đình,
cũng như việc thiếu điện năng
sử dụng hàng ngày.
- Nhóm đã đưa ra đề tài “Thiết bị tưới nước tự động thân thiện với môi trường”
nhằm góp thêm một sản phẩm tương đốimới mẻ, với mục đíchtìm kiếm và sử dụng
nguồn năng lượng mặt trời một cách hiệu quả và thiết thực nhất.
2.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Bảo vệ được môi trường, không có những khí thải như các loại năng lượng khác tạo
ra như dầu, than, củi…..
- Có được nguồn năng lượng vừa sạch vừa an toàn cho người sử dụng.
- Là nguồn năng lượng vô tận có khả năng thay thế các năng lượng hiện tại đang dùng
trước nguy cơ cạn kiệt của chúng.
- Tiết kiệm thời gian chăm sóc vườn cây trong nhà, tiết kiệm nước cho các hộ gia
đình.
Cây bị khô héo do không được tưới nước thường xuyên

- Chăm sóc cây phù hợp với nhu cầu sinh lí của cây.
2.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu nhằm phát triển một hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để thực hiện
việc tưới cây.
- Ứng dụng cảm biến độ ẩm đất để tự động hóa việc tưới cây.
- Góp phần hiện đại hóa, công nghiệp nền nông nghiệp Việt Nam.
2.4. Đốitượng nghiên cứu – Phạm vi nghiên cứu
2.4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nguồn năng lượng mặt trời (thời lượng sáng, năng lượng cung cấp được).
- Các tấm pin năng lượng (được làm từ gì, nguyên lí hoạt động).
- Cảm biến độ ẩm đất và hoạt động của nó.
- Nhu cầu sử dụng nước của một số loại cây thường trồng.
2.4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Trong các khu vườn trong gia đình, các bồn cây cảnh,…
- Trong khu vườn, cần bố trí nơi để đặt cảm biến phù hợp nhất, thoáng đãng nhất để
dễ nhận được ánh sáng mặt trời.
2.5.Cơ sở lý luận và thực tiễn của nghiên cứu
2.5.1. Cơ sở lý luận
- Dựa trên hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện
tử được thoát ra khỏi nguyên tử (quang điện trong) hay vật chất (quang điện thường)
sau khi hấp thụ năng lượng từ các photontrong ánh sáng làm nguyên tử chuyển sáng
trạng thái kích thích làm bắn electron ra ngoài.
- Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là
mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Độ nhạy
Sử dụng thiết bị cho các khu vườn gia
đình

của cảm biến độ ẩm đất có thể tùy chỉnh được (Bằng cách điều chỉnh chiết áp màu
xanh trên board mạch). Khi độ ẩm của đất thay đổi thì giá trị của điện trở trên cảm
biến thay đổi theo.
2.5.2. Thực tiễn nghiên cứu
Hiện thực nghiên cứu
Trong thực tế, năng lượng mặt trời đã được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của
đời sống, cụ thể như:
Xe điện
Xe ô tô sử dụng năng lượng mặt trời thường
được lắp một số tấm năng lượng mặt trời ở trên
mui xe. Còn đốivới xe đạp năng lượng mặt trời
thì các tấm năng lượng mặt trời được gắn trên
áo của người lái xe. Những loại xe này chủ yếu
được sử dụng cho mục đích trình diễn và thử
nghiệm về kỹ thuật. Người lái xe có thể theo
dõi lượng năng lượng tiêu hao và lượng năng
lượng mặt trời thu được qua các loại đồng hồ
đo lắp trên xe.
Trên thế giới hiện nay có một số giải đua xe
năng lượng mặt trời, trong đó có 2 giải tương
đối nổi tiếng là giải The World Solar Challenge được tổ chức ở Úc với quy định
người tham gia phải vượt qua một quãng đường dài đến 3.000 km xuyên qua nước
Úc. Giải thứ hai là The North American Solar Challenge lần đầu được tổ chức vào
năm 2008 với chặng đua từ bang Texas – Hoa Kỳ đến Canada.

Nấu ăn
Năng lượng mặt trời thu được qua các chảo thu nhiệt
hình parabol sẽ được sử dụng để nấu chín thức ăn
với nhiệt độ rất cao. Nồi chứa thức ăn được đặt giữa
một bán cầu được tráng gương để phản xạ và tập
trung tia mặt trời vào nồi chứa. Để duy trì nhiệt độ,
người ta đặt một cái bao giữ nhiệt trong suốt bằng
nylon bao quanh nồi chứa. Chảo thu nhiệt cần phải
thường xuyên điều chỉnh quay theo hướng mặt trời
để thu được nhiều nắng nhất. Ứng dụng này được sử
dụng để nấu ăn với số lượng lớn và được khai thác ở
nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là Trung Quốc.
Sạc pin
Điện thoại, máy nghe nhạc… đều cần được sạc
pin và việc sạc pin có thể được thực hiện bởimột
thiết bị mới là sạc năng lượng mặt trời. Thiết bị
này có gắn một tấm năng lượng mặt trời để tích
quang năng thành điện năng. Thiết bị này tương
đối rẻ và rất tiện lợi, gọn nhẹ, giúp sạc điện cho
các thiết bịcầm tay ở những nơi không có nguồn
điện lưới. Thiết bịloại này càng lớn thì côngsuất
càng cao, có thể sạc điện cho máy tính bảng,
laptop và các thiết bị di động khác.
Ngoài ra, cảm biến cũng có nhiều ứng dụng trong cuộc sốngmà chưa được khai thác
triệt để, ví dụ như:

Thiết bị phơi đồ tự động
Nguyên lý hoạt động, khi trời
bắt đầu mưa, các giọt nước sẽ
rơi vào mặt bộ cảm biến mưa
gắn trên giàn, mạch truyền tín
hiệu đến mô tơ làm mô tơ quay
kéo quần áo đi vào nhà chứa
quần áo thông qua các con chạy
trên thanh đường ray. Khi quần
áo được đưa vào nhà chứa ( tủ
chứa ), hệ thống quạt thông gió sẽ
hoạt động, đảm bảo cho độ ẩm trong
giàn không tăng do hơi nước bốc ra từ quần áo. Khi trời hết mưa, bộ phận cảm biến
tự động đóngđiện hoạt đông và quần áo sẽđược tự động kéo ra. Khi giàn phơi thông
minh không hoạt động, năng lượng pin mặt trời sẽđược dùngđểsạc bìnhdựphòng…
Thiết bị chống trộm dùng cảm biến chuyển động
Mỗi khi có người đi vào vùng phủ sóng của
thiết bị thì sẽ có tiếng còi hú rất to vang lên
khiến cho tên trộm hoảng sợ phải bỏ chạyhay
mọi người xung quanh biết được có ngườiđột
nhập để tiến đến bắt trộm.Một giải pháp an
ninh được đưa ra giúp bạn có sự lựa chọn
thông minh khi sử dụng thiết bị báo động
hồng ngoại điều khiển từ xa V2, hoạt động
theo cơ chế cảm biến hồng ngoại, sau khi bạn
đã thiết lập chế độ hoạt độngổn định, mỗi khi
có người đi vào vùng phủ sóngcủa thiết bịthì
sẽ có tiếng còi hú rất to vang lên khiến cho
tên trộm hoảng sợ phải bỏ chạy hay mọi
người xung quanh biết được có người đột
nhập để tiến đến bắt trộm.
3. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1.Phương thức nghiên cứu
- Nghiên cứu và tìm hiểu về năng lượng ánh sáng về độ mạnh yếu để tạo nguồn điện.
Thiết bị chống trộm sử dụng cảm biến
Thiết bị phơi đồ tự động

- Tìm hiểu hoạt động của cảm biến độ ẩm đất và rơle đóng ngắt mạch điện.
- Nghiên cứu tài liệu để xây dựng mô hình lí thuyết, sau đó tạo các mẫu sản phẩm
chạy thử.
- Cải tiến mô hình sản phẩm theo nghiên cứu và sự hướng dẫn của giáo viên chuyên
môn.
- Khảo sát thực tế trên khu vườn gia đình.
3.2.Các bước nghiên cứu
3.2.1. Thu tập tài liệu
- Tìmhiểu các tài liệu có liên quan đến các cơ sở lí thuyết về việc sử dụng năng lượng
mặt trời đặt biệt về cở sở hoạt động của pin mặt trời.
3.2.2. Đánh giá lí thuyết thực tiễn
- Thực tiễn cho thấy, việc sử dụng pin năng lượng mặt trời đểchế tạo ra các sản phẩm
trong gia đình hết sức đơn giản, chỉ cần vận dụng, lắp đặt các thiết bị cần thiết, phù
hợp, đảm bảo các thông số kỹ thuật.
- Ngoài ra, nếu muốn sử dụng trên diện tích rộng thì phải sử dụng nguồn điện 220V
để hoạt động.
- Với 1 béc phun, thiết bị hoàn toàn có
thể tưới đều những khu vườn khoảng có
diện tích 5m.2
3.2.3. Ý tưởng thực hiện
- Tạo ra một hệ thống gồm mạch điện dùng để lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời
tích điện vào ắc-quy để tạo ra nguồn điện dùng để cấp điện cho bộ điều khiển và
máy bơm.
- Từ cơ sở đó, chúng ta có thể phát triển ý tưởng trên quy mô rộng hơn. Khi đó chúng
ta sẽ dùng dòng điện 220V để chạy máy bơm và sử dụng nhiều cảm biến hơn cho
khu vườn rộng.
3.3. Thiết bị
- Cảm biến độ ẩm đất (đầu dò).
- Rơle đóng ngắt mạch điện.
Thiết bị có thể dùng để tưới cây cho các khu vườn gia đình

- Pin năng lượng mặt trời.
- Acquy.
- Bơm nước một chiều có hiệu điện thế 12V.
- Bóng đèn sử dụng bóng led 12V .
Thực hiện việc lắp ráp mô hình dựa trên sơ đồ sau

Sơ đồ bộ điều khiển
Phân tích số liệu
- Bình ắc quy 12V dùng để tích điện sử dụng khi trời không có ánh nắng, độ bền của
ắc quy phụ thuộc vào vật liệu và thông số kỹ thuật của bình. Thờigian sử dụng acquy

được tính theo công thức: T =
𝐴∗𝑉∗𝑛
𝑃
. Trong đó, T là thời gian sử dụng bơm, A là
dung lượng Acquy, V là điện áp acquy, n là hệ số sử dụng acquy (thông thường
n=0,7), P là công suất của máy bơm. Ví dụ: sử dụng acquy 12V-7Ah để chạy máy
bơm 30W thì thời gian trung bình là 2 giờ.
- Máy bơmnước mini sử dụng ốngnước có độ dàiống nước bơm được hiện tạikhoảng
5 m, sử dụng 1 béc phun nước, bơm phun liên tục cho đến khi đủ độ ẩm, lượng nước
hao hụt không đáng kể.
- Pin năng lượng mặt trời sử dụng pin loại SOLAR HOUSE 201410 có công suất sử
dụng là 30W. Tuổi thọ của pin là 20 năm. Khi trời nắng to, toàn bộ thiết bị sử dụng
điện của tấm năng lượng; khi không đủ nắng, thiết bị sử dụng điện của acquy; khi
thiết bị không hoạt động (đất ẩm) thì điện của tấm pin sẽ được nạp cho acquy.
4. KẾT QUẢ THU ĐƯỢC
- Thử nghiệm thành công trên sản phẩm thiết kế, đồng thời thu được một số kinh
nghiệm giúp học sinh có thêm một số kiến thức chuyên môn mới.
- Thiết kế hoàn tất sản phẩm hệ thống mặt trời sử dụng cho các vườn cây cảnh, bồn
hoa, vườn rau,… dễ lắp đặt, giá rẻ, hoạt động độc lập, không phụ thuộc vào nguồn
điện gia đình.
- Nếu dùng pin mặt trời để dùng làm nguồn điện nạp cho acquy thì trong những ngày
khô hạn, khi tình trạng mất điện thường xuyên diễn ra, trong khi đó nhu cầu nước
của cây lại tăng cao. Thiết bị là một lựa chọn thông minh cho những ngày này.
5. KẾT LUẬN NGHIÊN CỨU
 Kết luận khoa học
- Đề tài mang lại lợi ích cho cuộc sống con người (phục vụ trong gia đình, sản xuất
kinh tế,……).
- Đã đề cập đến vấn đề thực tiễn hiện nay đó là: vấn đề môi trường và năng lượng
trong cuộc sống.
- Đề tài giúp tiết kiệm thời gian cho người sử dụng, tưới cây phù hợp với nhu cầu
nước của từng loại cây.
 Kinh phí sản phẩm
- Tấm pin năng lượng 16 cell: 700.000 VND.
- Acquy 12V - 8Ah: 300.000 VND.
- Máy bơm 12V – 70W: 400.000 VND.
- Rơle đóng ngắt: 40.000 VND.
- Đầu dò: 30.000 VND.
Tổng chi phí cho sản phẩm khoảng 1.470.000 VND.

 Khó khăn
- Về lợi ích kinh tế sản phẩm mang lại chưa thống kê được chi tiết nên chưa đánh giá
được mức cạnh tranh khi đưa ra thị trường.
- Sản phẩm chỉ đang hoạt động được trên quy mô nhỏ nên muốn sử dụng trên những
khu vườn lớn thì phải sử dụng điện lưới để cung cấp điện cho máy bơm.
- Vật liệu làm ra sản phẩm trên thị trường chưa bán rộng rãi, giá thành lại tương đối
cao, nên cần phải liên tục nghiên cứu và đưa ra sản phẩm dễsử dụng, dễchế tạo hơn,
nhằm nhanh chóng phổ biến rộng rãi để đưa vào cuộc sống.
 Hướng đi trong tương lai
- Cải thiện hơn thiết bị đã sáng chế. Nhóm dự định sẽ cải tiến để dùng cho khu vườn
rộng, thiết bị sẽ chỉ tưới nước cho những vùng thiếu nước trong vườn mà không tưới
đồng loạt cả vườn.
- Cải tiến hiệu quả và tác dụng của sản phẩm trong đời sống hiện nay.
- Tạo ra những thuận lợi khi sử dụng đảm bảo an toàn và tiện lợi hơn.
- Hướng đến mục tiêu sản phẩm hoàn hảo, giá thành rẻ, thân thiện môi trường.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Dẫn nguồn tài liệu từ Internet liên quan đến cảm biến, module, máy bơm 12V và pin
năng lượng mặt trời.

Sáng tạo khoa học kỹ thuật

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

Sáng tạo khoa học kỹ thuật