1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Nhóm thực hiện 03 Giảng viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Đức Minh Thành viên nhóm Dương Trần Anh Dũng 20210222 Đ[.]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
BÁO CÁO
NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
-Nhóm thực hiện: 03
-Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Đức Minh
-Thành viên nhóm:
Dương Trần Anh Dũng - 20210222
Đào Đức Hiệp – 20213911
Nguyễn Tiến Trường – 20214121
Trần Văn Thảo – 20214093
Đỗ Lương Huy – 20210432
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trang 22
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG
LỜI MỞ ĐẦU
Các ứng dụng từ vi điều khiển, vi xử lý ngày càng phát triển, đã dần thay thế các thiết bị thô sơ, bằng các thiết bị điện tử có độ tự động rất cao, tiết kiệm công sức cho con người Ở nước ta nông nghiệp vẫn là ngành mũi nhọn của kinh tế của toàn quốc Vì vậy việc ứng dụng các tiến bộ khoa học, kỹ thuật vào nông nghiệp là cực kì quan trọng và có ý nghĩa to lớn với nông dân nói riêng và đời sống con người nói chung Để tạo nền tảng và tăng thêm hiểu biết về những ứng dụng thực tiễn của các thiết bị vi điều khiển, vi xử lý Chúng em lựa chọn đề tài “hệ thống tưới nước tự động” Một ứng dụng rất phổ biến trong nông nghiệp Trong quá trình thực hiện đề tài này, dù đã rất cố gắng, nhưng có lẽ do vốn kiến thức cũng như những nguyên nhân chủ quan khác mà đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thẳng thắn của thầy
Trang 3Mục lục
1
I Ý TƯỞNG 4
1 Xác định vấn đề 4
2 Chọn đề tài sản phẩm 5
3 Điều tra thị trường 5
4 Hướng giải quyết 6
II CHI TIÊU KỸ THUẬT 7
1 Chỉ tiêu chức năng 7
2 Chỉ tiêu phi chức năng 7
3 Sơ đồ thuật toán 8
III GIẢI PHÁP VÀ KẾ HOẠCH 9
1 Sơ đồ khối 9
2 Chi tiết từng khối 10
2.1 Khối nguồn 10
2.2 Khối thời gian thực 11
2.3 Khối vi điều khiển 12
2.4 Khối relay 14
2.5 Máy bơm 14
3 Viết code cho mạch 15
IV MẠCH SẢN PHẨM 16
V.THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM 17
Trang 4
4
I Ý TƯỞNG
1 Xác định vấn đề
- Vấn đề của chúng ta là gì?
• Đôi khi chúng ta quên ( hoặc không thể đến ) tưới nước cho cây cối trong nhà dẫn đến tình trạng héo úa, thiếu nước
• Cần một hệ thống tưới nước giúp chúng ta tiết kiệm thời gian và công sức lao động trong việc chăm sóc cây trồng
- Tại sao ta cần phải giải quyết điều đó?
• Bởi vì nó giúp chúng ta chủ động trong công việc, có thời gian để làm việc khác
• Đảm bảo lượng nước phù hợp cho từng loại cây
• Tiết kiệm sức lao động để chăm sóc cây trồng
- Khi nào ta sử dụng hệ thống đó?
• Mỗi khi ta vắng nhà do bận nhiều việc mà quên không tước cây (Đặc biệt trong thời điểm dịch bệnh như hiện nay)
• Khi gặp trở ngại về thời gian, tình trạng cơ thể không thể tưới nước trực tiếp cho cây
- Hệ thống có thể sử dụng ở đâu?
• Chúng ta có thể lặp đặt hệ thống ngay tại ngôi nhà của mình rất thuận tiện như ban công, vườn,…
- Ai có thể dùng hệ thống?
• Những người nhân viên văn phòng có sở thích đặc biệt với cây cảnh
• Những người yêu thích cây cảnh nhưng không có thời gian chăm sóc
Trang 52 Chọn đề tài sản phẩm
➢ Do trong thời gian dịch bệnh gần đây rất nhiều người ưa thích cây cảnh không thể tự mình chăm sóc được cho cây dẫn đến nhiều loại cây đắt đỏ, yêu quý của
họ bị héo úa và chết
➢ Từ đó dẫn đến nhu cầu về một hệ thống tưới nước tự động đơn giản, giá cả phải
chăng trở thành nhu cầu của rất nhiều người yêu thích cây cảnh
➢ Một hệ thống tưới cây đơn giản có giá cả không quá đắt đỏ sẽ phù hợp với kinh
tế của mọi người
➢ Là sinh viên ngành điện tử chúng em muốn tạo ra một sản phẩm phù hợp để giúp
đỡ những người yêu thích cây cảnh có thể chăm sóc cây một cách tiện lợi dẫn
đến ý tưởng “hệ thống tưới nước tự động theo hẹn giờ”
➢ Đề tài này đáp ứng được nhu cầu môn học và giúp chúng em có những kiến thức
đầu tiên về ngành điện tử-viễn thông
3 Điều tra thị trường
- Đối tượng hướng đến:
• Dân văn phòng và những người yêu thích cây cảnh ít có thời gian chăm sóc
• Đặc biệt trong tình hình dịch bệnh có nhiều trường hợp đột xuất không thể chăm sóc cây trồng trực tiếp được
- Hệ thống tưới nước tự động đang được ưa dùng ở một bộ phận người dân và có xu hướng phát triển ổn định
- Một số hệ thống tưới nước hiện có trên thị trường: AZUD, RIVULIS, AMINAD, ARKA
Trang 66
4 Hướng giải quyết
- Tạo ra một sản phẩm có thể tưới nước đúng lịch trình đã cài đặt trước với thiết bị tưới nước linh hoạt
- Ví dụ: Thời gian tưới nước thích hợp cho hoa lan là vào khoảng 7:30AM bằng vòi phun sương với tần suất 20-25 phút/lần Ta có thể cài đặt cho hệ thống tưới nước vào lúc 7:30AM bằng vòi phun sương đến 7:50AM thì hệ thống tự động ngắt
Trang 7II CHI TIÊU KỸ THUẬT
1 Chỉ tiêu chức năng
→Cây được tưới khi đến thời gian đã hẹn:
- Đầu vào: tín hiệu điện nhận từ bộ hẹn giờ
- Đầu ra: Hoạt động tưới nước được thực hiện
2 Chỉ tiêu phi chức năng
Giá thành: 350.000 đồng
Thời gian hoàn thành sản phẩm: 2 tuần
Thời gian bảo hành: 1 tháng
Nguồn điện: cáp USB và nguồn adapter
Kích cỡ: 25cm x 30cm
Khối lượng: 200g
Hoạt động tốt trong môi trường khô ráo
Bảo quản: độ ẩm 0-80%, dưới 60 độ C
Trang 88
3 Sơ đồ thuật toán
Ngoài thời gian hẹn giờ
Thời gian mở
hoặc thời gian đóng
mở
Khối thời gian thực
Khối vi điều khiển
Khối relay
Máy bơm
Bơm Mạch chạy
Không bơm
Trang 9III GIẢI PHÁP VÀ KẾ HOẠCH
1 Sơ đồ khối
➢ Nguyên lý hoạt động:
- Khối nguồn cung cấp điện cho các khối còn lại hoạt động
- Khối thời gian thực định thời gian để hẹn giờ theo thời gian thực
- Khối vi điều khiển nhận tín hiệu trả từ khối thời gian thực để điều khiển khối relay
- Khối relay nhận tín hiệu từ khối vi điều khiển để đóng/mở nguồn → bật/tắt máy bơm
KHỐI THỜI
GIAN THỰC
KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN
KHỐI
KHỐI NGUỒN
Trang 1010
2 Chi tiết từng khối.
2.1 Khối nguồn
−Mỗi mạch Arduino đều có cổng kết nối với nguồn điện Cụ thể mạch Arduino UNO có thể được lấy nguồn từ dây cáp USB từ máy tính, hoặc một số nguồn
DC khác có Jack DC Ở đây chúng tôi lựa chọn sử dụng cáp USB điện áp 5V bởi giá thành rẻ (đi kèm khi mua Arduino).
Chân kết nối USB cũng là chân để có thể tải code lên bo mạch Arduino
Lưu ý: Tuyệt đối không được sử dụng nguồn lớn hơn 20V vì với nguồn điện áp này sẽ có thể phá hủy mạch Arduino Điện áp được các nhà sản xuất đề nghị cho hầu hết các bo mạch Arduino là từ 6 – 12V
Trang 11
−Ngoài ra chúng tôi sử dụng thêm nguồn adapter 5V-2A cho thiết bị bơm để không ảnh hưởng đến mạch điều khiển làm gián đoạn quá trình bơm do xung nhiễu khi khởi động motor
2.2 Khối thời gian thực
DS1307(30.000đ) DS3231(50.000đ)
Chúng tôi lựa chọn Module thời gian thực DS3231 thay vì DS1307:
- DS3231 là chính xác hơn trong số hai loại, vì nó không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ như trước đây Do đó, nó không dao động quá nhiều tùy thuộc vào nhiệt độ, và giữ thời gian chính xác hơn Đôi khi, với sự chênh lệch nhiệt độ đáng chú ý, DS1307 có thể bị trễ 1 hoặc 2 phút mỗi ngày Một số ứng dụng không thể chấp nhận được
- DS3231 không phải là nó không bị ảnh hưởng bởi các biến thể, mà là nó có hệ thống đo
và bù nhiệt độ tích hợp để đảm bảo độ chính xác 2ppm, tương đương với thời gian
Trang 1212
trễ khoảng 172ms một ngày, tức là nhiều nhất là hơn 1 giây một tuần Và trong thực tế,
chúng thường chỉ thay đổi 1 hoặc 2 giây mỗi tháng
- Đối với con đường giao tiếp với RTC DS3131 để lấy các giá trị ngày mà nó nhận được,
nó được thực hiện bởi I2C bus Và đối với nguồn điện, bạn có thể sử dụng 2.3 đến 5.5v cho DS3231, thấp hơn một chút so với 4.5 đến 5.5v cho DS1307, vì vậy nó có thể tiết kiệm năng lượng hơn và kéo dài thời lượng pin
➢ Nguyên lý hoạt động của DS3231:
Khi cho điện áp qua khối nguồn cho vi điều khiển, khi đó chương trình trong vi điều khiển
sẽ làm việc, đồng thời bộ tạo xung dao động tạo xung nhịp với tần số 16MHz cho vi điều khiển hoạt động Chế độ ghi và nhận dữ liệu của IC thời gian thực đƣa tới vi điều khiển, các điều kiện START và STOP đƣợc nhận dạng khi bắt đầu hoặc kết thúc truyền một chuỗi, lúc này các thanh ghi của IC thời gian thực nhận giá trị thời gian thực (giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm) và gửi đến vi điều khiển
2.3 Khối vi điều khiển
Arduino UNO R3 (140.000đ) Arduino Mega2560 R3 (360.000đ)
Trang 13− Chúng tôi lựa chọn sử dụng Arduino UNO R3 vì tính phù hợp với người mới bắt đầu và các dự án vừa và nhỏ, giá thành lại rẻ hơn – đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng trong dự án này
Điện áp hoạt động
DC 5V qua cổng USB hoặc Nguồn DC 6-9V ngoài ( Khuyến cáo dùng khi có giao tiếp với các module bên ngoài)
Chân I/O Digital 14 chân
Dòng điện trên mỗi chân I/O 20 mA
Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328P) trong đó 0,5 KB được sử dụng bởi bộ nạp khởi
động
Trang 1414
2.4 Khối relay
Module relay 1 kênh 5VDC với Opto cách ly high/low (25.000đ)
− Thông số kỹ thuật:
• Điện áp sử dụng: có ba loại 5/12/24VDC
• Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA /1Relay
• Tín hiệu kích: Tùy chọn mức cao High (5VDC) hoặc thấp Low (0VDC) qua Jumper
• Tiếp điểm đóng ngắt Relay trên mạch: Max 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A (Để an toàn nên dùng cho tải có công suất <100W)
• Kích thước: 50 x 26 x 19mm
2.5 Máy bơm
Trang 15
Máy bơm mini DC 3-5V (25.000đ)
Đầu bao ngoài 75mm
3 Viết code cho mạch
Trang 1616
Link Code:
https://drive.google.com/drive/u/0/folders/157eFqjGRn1FBmK
ozukYHT4l4s8Bvw0FX)
IV MẠCH SẢN PHẨM.
Breadboard Arduino DS3231
A4 (SDA) SDA A5 (SCL) SCL
Trang 17Breadboard Arduino Relay
VCC (+) 5V DC +
GND (-) GND DC -
Digital 6 IN
Relay Adapter Máy bơm
- Link lắp mạch sản phẩm:
https://drive.google.com/drive/folders/13zq-2OaiyzQh_maVZpHmzoUk-focRbqD?fbclid=IwAR1QoGfi78tELAgvvnDFf2UiEcd_boPENM_09bNV 1fXEI-MLz3hzj6ujgJo
Đối với bất kì sản phẩm nào, khâu thực nghiệm luôn là bước cực kì quan trọng Cụ thể ở đây là hệ thống tưới cây tự động Vấn đề mà hầu hết các sản phẩm này mắc phải là độ chính xác của thời gian tắt bật, chính vì vậy nhóm mình đã quay lại quá trình tắt bật cũng như khi máy bơm hoạt động trong link dưới đây:
https://drive.google.com/drive/folders/13zq-2OaiyzQh_maVZpHmzoUk- focRbqD?fbclid=IwAR1QoGfi78tELAgvvnDFf2UiEcd_boPENM_09bNV1fXEI-MLz3hzj6ujgJo