Những cây xà lách xanh tươi tốt phát triển mạnh trong dung dịch dinh dưỡng bên trong các bể nuôi trồng, tất cả đều được kiểm soát bởi một số cảm biến chất lượng nước hoạt động êm ái.
Tại một phòng thí nghiệm đại học ở tỉnh Giang Tô, một mẻ rau diếp đang phát triển mạnh mẽ mà không cần đất, nhờ vào hệ thống giám sát thông minh thủy canh dựa trên công nghệ IoT băng tần hẹp. Nhà nghiên cứu Zhang Jing giải thích rằng hệ thống sử dụng nhiều cảm biến chất lượng nước để giám sát các thông số dung dịch dinh dưỡng theo thời gian thực, kết hợp với các phương pháp điều khiển mờ để tự động điều chỉnh chất lượng nước theo nhu cầu của cây trồng.
Khi công nghệ thủy canh ngày càng phổ biến, các cảm biến chất lượng nước nhỏ gọn này đang đóng vai trò ngày càng quan trọng. Từ các viện nghiên cứu chuyên nghiệp đến các hộ gia đình bình thường, các hệ thống thủy canh thông minh đang âm thầm thay đổi phương pháp canh tác truyền thống.
01 Tình trạng hiện tại của công nghệ thủy canh
So với phương pháp trồng trọt truyền thống trên đất, thủy canh cho phép cây trồng phát triển nhanh hơn và giảm thiểu vấn đề sâu bệnh. Vì cây trồng liên tục hấp thụ chất dinh dưỡng từ dung dịch dinh dưỡng, điều cần thiết là phải theo dõi kịp thời và chính xác các thông số chất lượng nước của dung dịch dinh dưỡng thủy canh và bổ sung chất dinh dưỡng khi cần thiết.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ cảm biến và việc giảm chi phí, các hệ thống thủy canh thông minh đã bắt đầu được ứng dụng rộng rãi từ các viện nghiên cứu đến các hộ gia đình thông thường.
Một hệ thống thủy canh thông minh điển hình thường bao gồm ba thành phần chính: cảm biến, bộ điều khiển và bộ chấp hành.
Trong số đó, cảm biến chịu trách nhiệm thu thập các thông số chất lượng nước khác nhau, đóng vai trò là "mắt" và "tai" của hệ thống. Độ chính xác và ổn định của chúng quyết định trực tiếp đến sự thành công hay thất bại của toàn bộ hệ thống thủy canh.
02 Tổng quan chi tiết về các cảm biến cốt lõi
Cảm biến pH
Độ pH đóng vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của cây trồng trong hệ thống thủy canh. Như bất kỳ ai trong ngành nuôi trồng thủy sản đều biết, phạm vi pH tối ưu cho nguồn nước là từ 7,5 đến 8,5.
Cảm biến pH chất lượng nước phát hiện nồng độ ion hydro trong các chất được đo và chuyển đổi nó thành các tín hiệu đầu ra có thể sử dụng được tương ứng.
Các ion H+ trong dung dịch tương tác với điện cực của cảm biến để tạo ra tín hiệu điện áp, và độ lớn của điện áp tỷ lệ thuận với nồng độ H+. Bằng cách đo tín hiệu điện áp, có thể xác định được giá trị pH tương ứng của dung dịch.
Các cảm biến pH chuyên dụng được thiết kế cho ứng dụng thủy canh hiện có bán trên thị trường, chẳng hạn như các cảm biến pH thủy canh tự động hỗ trợ các giao thức truyền thông tiêu chuẩn, với phạm vi đo từ 0-14,00 pH và độ phân giải lên đến 0,01 pH, cho phép giám sát và kiểm soát chính xác.
Cảm biến oxy hòa tan
Oxy hòa tan là yếu tố quan trọng cho sự phát triển rễ khỏe mạnh ở cây trồng thủy canh. Các nguồn nước không bị ô nhiễm bởi các chất tiêu thụ oxy sẽ duy trì lượng oxy hòa tan ở mức bão hòa.
Cảm biến oxy hòa tan đo lượng oxy hòa tan trong nước.
Các phân tử oxy từ dung dịch cần đo thẩm thấu qua màng chọn lọc của cảm biến và trải qua các phản ứng khử hoặc oxy hóa tương ứng tại cực âm và cực dương bên trong, đồng thời tạo ra tín hiệu dòng điện. Cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với nồng độ oxy hòa tan.
Các cảm biến oxy hòa tan chuyên nghiệp có nhiều kiểu dáng khác nhau: một số có khả năng chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác tuyệt vời; số khác được tối ưu hóa về thời gian phản hồi, phù hợp cho việc kiểm tra nhanh và các ứng dụng phân tích.
Cảm biến nồng độ ion
Cảm biến nồng độ ion là thiết bị quan trọng để theo dõi thành phần dung dịch dinh dưỡng. Nồng độ của các ion cụ thể như nitrat, amoni và clorua ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của cây trồng.
Ví dụ, các cảm biến ion amoni chuyên dụng có thể đo hàm lượng amoni trong nước tự nhiên, nước mặt, nước ngầm và nhiều ứng dụng nông nghiệp khác nhau.
Một bằng sáng chế về cảm biến nồng độ ion trong dung dịch thủy canh từ một trường đại học nông nghiệp tích hợp các điện cực ion, cảm biến nhiệt độ và cảm biến pH, cho phép nhanh chóng nắm bắt được sự thay đổi nồng độ ion, biến động nhiệt độ và thay đổi pH trong dung dịch thủy canh.
Cảm biến độ dẫn điện (EC)
Độ dẫn điện là một chỉ số quan trọng đo tổng nồng độ ion trong dung dịch dinh dưỡng, phản ánh trực tiếp mức độ màu mỡ của dung dịch dinh dưỡng.
Các bộ truyền tín hiệu EC tự động được thiết kế đặc biệt cho tưới tiêu nông nghiệp và thủy canh cung cấp phạm vi đo lên đến 0-4000 µS/cm, hỗ trợ các giao thức đầu ra tiêu chuẩn, có khả năng kết nối với bơm/van định lượng và điều khiển công tắc bơm/van.
Cảm biến nhiệt độ và độ đục
Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phát triển rễ cây và hoạt động trao đổi chất, trong khi độ đục phản ánh lượng hạt lơ lửng trong dung dịch dinh dưỡng.
Trong các dự án bể thủy canh nhà kính thông minh, các nhà phát triển có thể sử dụng các mô-đun cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kỹ thuật số độ chính xác cao, với độ chính xác nhiệt độ điển hình là ±0,3℃ và độ phân giải 0,01℃.
Các cảm biến độ đục chuyên dụng có thể được sử dụng với các thiết bị đa thông số để theo dõi mức độ đục của dung dịch dinh dưỡng.
03 Ứng dụng tích hợp trong hệ thống thông minh
Dữ liệu từ các cảm biến riêng lẻ thường không đủ để phản ánh toàn diện môi trường thủy canh hoàn chỉnh, do đó việc kết hợp nhiều cảm biến đang trở thành xu hướng ngày càng phổ biến trong các hệ thống thủy canh thông minh.
Các đầu dò đa thông số với thiết kế tiết kiệm chi phí có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống điều khiển và hệ thống đo từ xa, phù hợp cho việc triển khai lâu dài.
Các nhóm nghiên cứu đã phát triển hệ thống giám sát thông minh dựa trên IoT dành cho hệ thống thủy canh, sử dụng giao diện ứng dụng di động để giám sát các thông số môi trường thủy canh theo thời gian thực, kết hợp với các phương pháp điều khiển thông minh để điều chỉnh các thông số chất lượng nước dung dịch dinh dưỡng dựa trên kinh nghiệm vận hành và nhu cầu của cây trồng.
Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng khi các hệ thống như vậy điều chỉnh dung dịch dinh dưỡng, các thông số quan trọng như độ pH và độ dẫn điện có thể duy trì các giá trị cài đặt ổn định trong khoảng thời gian hợp lý.
04 Thách thức kỹ thuật và xu hướng tương lai
Mặc dù công nghệ cảm biến thủy canh đã có những tiến bộ đáng kể, nhưng vẫn còn một số thách thức. Độ ổn định lâu dài, khả năng chống bám bẩn và tần suất hiệu chuẩn của cảm biến là những vấn đề chính trong ứng dụng thực tế.
Đặc biệt, các điện cực chọn lọc ion rất dễ bị ảnh hưởng bởi các ion khác và cần được hiệu chuẩn thường xuyên.
Các cảm biến thủy canh trong tương lai sẽ phát triển theo hướng đa chức năng, thông minh và giảm chi phí.
Các hệ thống cảm biến tiên tiến hiện nay cho phép đo lường hiệu suất cao nhiều thông số khác nhau, bao gồm chất diệp lục, sắc tố, huỳnh quang, độ đục, v.v.
Trong khi đó, với sự phát triển của các dự án mã nguồn mở, rào cản gia nhập thị trường đối với các hệ thống thủy canh thông minh đang giảm xuống, cho phép nhiều người hơn tham gia vào quá trình chuyển đổi nông nghiệp này.
Ngày nay, ngày càng nhiều cư dân thành thị bắt đầu thử nghiệm trồng rau thủy canh tại nhà. Trên ban công các khu dân cư ở nhiều thành phố, rau xanh phát triển mạnh mẽ trong các bể thủy canh thông minh dựa trên các nền tảng vi điều khiển phổ biến.
“Cảm biến chất lượng nước là cốt lõi của hệ thống thủy canh – chúng giống như ‘vị giác’ của cây, cho chúng ta biết cần điều chỉnh chất dinh dưỡng nào,” một người đam mê mô tả.
Những đột phá liên tục trong công nghệ cảm biến đang biến nông nghiệp chính xác từ một ý tưởng lý tưởng thành hiện thực.
Chúng tôi cũng có thể cung cấp nhiều giải pháp khác nhau cho
1. Máy đo cầm tay đa thông số chất lượng nước
2. Hệ thống phao nổi để đo chất lượng nước đa thông số
3. Bàn chải làm sạch tự động cho cảm biến nước đa thông số
4. Bộ máy chủ và mô-đun phần mềm không dây hoàn chỉnh, hỗ trợ RS485 GPRS /4G/WIFI/LORA/LORAWAN
Để biết thêm về cảm biến nước thông tin,
Vui lòng liên hệ Công ty TNHH Công nghệ Honde.
Email: info@hondetech.com
Trang web công ty:www.hondetechco.com
Điện thoại: +86-15210548582
Thời gian đăng bài: 07/11/2025