Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về iều khiển và Tự động hoá - VCCA-2015 VCCA-2015 Tự động hóa trong hệ thống sản xuất lương thực bền vững Aquaponic Automation in Aquaponic sustainable food produced system Nguyễn Lê Tuấn (1) , Nguyễn Hoàng Nam (1,2) , Trịnh Công ồng (1,2) , Bùi ng Thảnh (1,2) , Nguyễn Huy Phương (2) (1) Bộ môn Kỹ Thuật o và THCN, Viện iện – ại học Bách Khoa Hà Nội (2) Viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa – ại học Bách Khoa Hà Nội e-Mail: nam.nguyenhoang@hust.edu.vn Tóm tắt Nhằm đảm bảo an ninh lương thực và ứng phó với biến đổi khí hậu, bài báo đề xuất một giải pháp sản xuất bền vững dựa trên Aquaponic – một kỹ thuật nông nghiệp kết hợp giữa thủy canh và nuôi trồng thủy sản. Với giải pháp này, các tấm pin mặt trời và ắc-quy được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống. Một bộ điều khiển sạc ắc-quy tích hợp thuật toán MPPT cng đã được thiết kế để quản lý và nâng cao hiệu suất sử dụng nng lượng. Bên cạnh đó, các thông số của hệ thống như nhiệt độ, độ ẩm, pH nước… sẽ được thu thập theo thời gian thực, gửi đến trung tâm và lưu trữ lại trên internet. Tại đó, trung tâm sẽ đảm nhiệm công việc giám sát và điều khiển hệ thống từ xa. Từ khóa: Aquaponic, an ninh lương thực, nng lượng mặt trời, MPPT, Internet of Things Abstract The main purpose of this paper is to propose a sustainable production solution based on Aquaponic – a farming technique that combines aquaculture with hydroponics in a symbiotic environment. With this solution, photovoltaic panels and lead-acid batteries are used to power the entire system. Therefore, a battery charger controller with intergrated MPPT algorithm is designed to manage and enhance the energy conversion efficiency. By the side, Aquaponic parameters like temperature, humidity, pH… are also collected in real-time. These data will be sent to a operation center and stored in the internet to serve the remote monitoring and controlling system. Keywords: Aquaponic, food security, solar energy, MPPT, Internet of Things Ký hiệu Ký hiệu ơn vị Ý ngha V pv V điện áp của pin mặt trời I pv A dòng điện của pin mặt trời V b V điện áp của ắc-quy I b A dòng điện của ắc-quy V gh V điện áp giới hạn của ắc-quy V ng V điện áp ngưỡng của ắc-quy V I V điện áp đầu vào bộ biến đổi V O V điện áp đầu ra bộ biến đổi I L A dòng điện trên cuộn cảm D hệ số điều chế  giá trị đặt của hệ số điều chế Chữ viết tắt ANLT An ninh lương thực DO Nồng độ oxy hòa tan (dissolved oxygen) FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc MPPT iểm công suất cực đại (maximum power point tracking) NLMT Nng lượng mặt trời P&O Nhiễu loạn và quan sát (perturb and observe) 1. Giới thiệu Trong giai đoạn hiện nay, an ninh lương thực là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu trên thế giới, nhất là sau cuộc khủng hoảng lương thực nm 2008. Theo dự báo của FAO, dân số toàn thế giới sẽ đạt mốc 9,1 tỷ người vào nm 2050 và tng thêm 70% nhu cầu về lương thực. Tại nước ta, nghị quyết số 63- NQ/CP được nhà nước ban hành ngày 23/12/2009 đã đặt ra mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể về việc đảm bảo an ninh lương thực đến nm 2020 [1]. Chiến lược đúng đắn này đã giúp Việt Nam không những đảm bảo được ANLT mà còn trở thành nước xuất khẩu gạo lớn thứ 2 thế giới nm 2012. Tuy nhiên với hơn 3000 km đường bờ biển, Việt Nam sẽ là một trong nm nước chịu thiệt hại nặng nề nhất do biến đổi khí hậu toàn cầu. Bên cạnh đó, nhu cầu nng lượng, an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường cng là những thách thức không nhỏ đối với nền nông nghiệp. Trong bối cảnh này, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp sản xuất bền vững ngày một trở nên cấp thiết. Nhằm thực hiện nhiệm vụ ứng dụng công nghệ khoa học công nghệ vào phát triển nông nghiệp mà nghị quyết 63-NQ/CP đã đề ra, bài báo đề xuất một giải pháp sản xuất tích hợp dựa trên kỹ thuật Aquaponic. Mới được ứng dụng trên thế giới trong những nm gần đây, Aquaponic là sự phối hợp giữa nuôi trồng thủy sản (aquaculture) và thủy canh (hydroponic) trong một môi trường cộng sinh. Trong hệ thống này, nước từ bể nuôi cá được bơm đến các máng cạn trồng cây. Tại đây hệ vi sinh vật trong rễ cây sẽ chuyển hóa chất thải của cá thành chất dinh dưỡng mà cây có thể hấp thụ, cây làm sạch nước rồi đưa trở lại bể cá. Aquaponic có nhiều ưu điểm vượt trội như không sử