(TIỂU LUẬN) đồ án tốt NGHIỆP đại học đề tài hệ THỐNG tưới nước tự ĐỘNG

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: Rất kém 1; Kém 2; Đạt 3; Giỏi 4; Xuất sắc 5 Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành 20 1 Nêu rõ tính cấp t

Hà Nội, 12-2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Viện Điện tử Viễn Thông

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Tên giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

Tên đồ án:

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiệndựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đềuđược phân tích và đánh giá thỏa đáng. 1 2 3 4 5 7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt

được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất

hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai.

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết quyển đồ án (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp

mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và được

giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu chấm,

dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu

tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luậnlogic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải SVNC

khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong

nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên nghiên cứu

khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích

trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về chuyên ngành như TI

contest.

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

Tieu luan

Nhận xét khác (về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Ngày: … / … / 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

Viện Điện tử Viễn Thông

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Tên đồ án:

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng

của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiệndựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đềuđược phân tích và đánh giá thỏa đáng. 1 2 3 4 5 7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt

được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất

hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai.

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết quyển đồ án (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp

mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và được

giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu chấm,

dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu

tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận

logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải SVNC

khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong

nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên nghiên cứu

khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích

trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về chuyên ngành như TI

contest.

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

Tieu luan

Nhận xét khác của cán bộ phản biện

Ngày: … / … / 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Viện Điện tử Viễn Thông

Sau nhiều năm học tập vàrèn luyện dưới mái Trường ĐạiHọc Bách Khoa Hà Nội, bằng

sự biết ơn và kính trọng, em xintrân thành cảm ơn Ban GiámHiệu, các khoa,viện của trườngBách Khoa Hà Nội…và cácGiáo sư, Tiến sĩ đã nhiệt tìnhgiảng dạy và tạo điều kiệnthuận lợi giúp đỡ em trong quátrình học tập và làm đồ án tốtnghiệp Đặc biệt, em xin bày tỏlòng biết ơn và lời cảm ơn sâusắc tới cô xxx ,cô đã trực tiếphướng dẫn và giúp đỡ em trongsuốt quá trình thực hiện đồ ántốt nghiệp

Do trình độ cũng như kinhnghiệm còn hạn chế nên đề tàikhông thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, em rất mong nhậnđược ý kiến đóng góp từ thầy

cô, để em có thể học hỏi thêmkinh nghiệm và giúp ích chocông việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Tieu luan

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là xx, mã số sinh viên xx, sinh viên lớp xx, khóa xxx Người hướng dẫn là xxx Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong đồ án “Hệ thông tưới cây

tự động “ là kết quả quá trình tìm hiểu và nghiên cứu của tôi Các dữ liệu được nêu trong đồ án hoàn toàn trung thực, phản ánh đúng kết quả đo đạc thực tế Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định sở hữu trí tuệ, các tài liệu tham khảo được liệt kê

rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong đồ án này

Hà nội, ngày 25 tháng 12 năm 2020

Người cam đoan MỤC LỤC

Viện Điện tử Viễn Thông

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

TÓM TẮT ĐỒ ÁN viii

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 2

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 3

2.1 Khái niệm hệ thống tự động 3

2.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống tự động 5

2.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cây trồng 6

2.4 Các dạng chính của tưới tự động 6

2.4.1 Tưới phun mưa 6

2.4.2 Tưới phun sương 8

2.4.3 Tưới nhỏ giọt 10

2.4.4 Tưới cảnh quan, tưới cỏ 12

Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14

3.1 Giới thiệu về mô hình hệ thống 14

3.2 Thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống 14

3.3Chức năng của từng khối 15

3.3.1 Khối vi điều khiển 15

3.3.2 Khối thu thập dữ liệu 19

3.3.3 Khối hiển thị 24

3.3.4 Khối thiết bị 29

Chương IV: THI CÔNG HỆ THỐNG 31

4.1 Mô Hình Thực Nghiệm 31

4.1.1 Phần mềm mô phỏng Altium 31

Tieu luan

4.1.2 Sơ đồ nguyên lí 32

4.1.3 Nối dây cho mạch 33

4.2 Mạch in thủ công 34

4.3 Gắn linh kiện 35

4.4 Lập trình hệ thống 36

4.4.1 Giới thiệu phần mềm Arduino 36

4.4.2 Lưu đồ giải thuật 42

4.4.3 MIT App Inventor 43

Chương V: KẾT QUẢ 47

5.1 Kết quả thu được 47

5.1.1 Sử dụng module ESP8266 Node MCU 47

5.1.2 Sử dụng cảm biến 47

5.1.3 Lập trình app MIT App Invetor 47

5.2 Kết quả thực nghiệm 47

Chương VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50

6.1 Kết luận 50

6.2 Hướng phát triển đề tài 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 52

Viện Điện tử Viễn Thông

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

LCD: Liquid-Crystal Display

MIT: Massachusetts Institute of Technology

PCB: Printed Circuit Board

IDE: Integrated Development Environment

LED: Light Emitting Diode

OS: Operating System

Tieu luan

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nông dân tưới nước thủ công 1

Hình 2.1 Robot cảnh sát giao thông 3

Hình 2.2 Máy cày tự hành của CNH Industrial 4

Hình 2.3 Robot lắp ráp công nghiệp 4

Hình 2.4 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt 6

Hình 2.5 Hệ thống tưới nước phun mưa 8

Hình 2.6 Hệ thống tưới nước phun sương 10

Hình 2.7 Hệ thống tưới nhỏ giọt 12

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 14

Hình 3.2 Hình ảnh thực tế ESP8266 NodeMCU 16

Hình 3.3 Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU 17

Hình 3.4 Cảm biến LM35 19

Hình 3.5 Cảm biến độ ẩm HS1101 20

Hình 3.6 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT 11 21

Hình 3.7 Cảm biến DHT 11 loại 3 chân 22

Hình 3.8 Cảm biến DHT 11 loại 4 chân 22

Hình 3.9 Module Cảm biến mưa 23

Hình 3.10 Màn hình LCD 1602A 25

Hình 3.11 Module I2C LCD 16x2 27

Hình 3.12 Máy bơm nước 1 chiều R385 5-12V 29

Hình 4.1 Phần mềm Altium Designer 31

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lí mạch tưới nước tự động 32

Hình 4.3 Mặt trước của mạch điện 33

Hình 4.4 Hình ảnh 3D của mạch điện 33

Hình 4.5 Mạch in thủ công 35

Hình 4.6 Mạch điện hoàn chỉnh 36

Hình 4.7 Hướng dẫn cài đặt Arduino IDE bằng hình ảnh 37

Hình 4.8 Giao diện Arduino IDE 38

Hình 4.9 Tải package cho NodeMCU 39

Viện Điện tử Viễn Thông

Hình 4.10 Hộp thoại Board Manager 40

Hình 4.11 Chọn board 40

Hình 4.12 Chọn cổng kết nối 41

Hình 4.13 Lưu đồ giải thuật của khối xử lí 42

Hình 4.14 Lưu đồ gửi dữ liệu 43

Hình 4.15 Giao diện MIT App Inventor 44

Hình 4.16 Giao diện chính của phần mềm 45

Hình 5.1 Sản phầm sau khi hoàn thành 47

Hình 5.2 Màn hình của mạch 48

Hình 5.3 Thông tin được gửi lên app 48

Bảng 4.1 Thống kê linh kiện 35

Tieu luan

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, ngành nông nghiệp trong nước đứngtrước yêu cầu đổi mới từ bỏ phương thức sản xuất cũ, lạc hậu Thay vào đó là việc ứngdụng kịp thời có chọn lọc các kỹ thuật tiên tiến của thời kì cách mạng 4.0 trong sảnxuất nông nghiệp Điều này sẽ góp phần tắng hiệu quả sản xuất và thương mại hóa sảnphẩm, tăng tiện ích cho con người

Đề tài gồm 6 chương :

Chương 1: Tổng quan đề tài ”Hệ thống tưới cây tự động”

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 5: Kết quả

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Sau khi hoàn thành , kết quả phù hợp với tiêu chí đề ra giúp tiết kiệm thời gian vàsức người trong việc chăm sóc cây Sản phẩm phù hợp đặt trong các vườn cây, thảm cỏ…

Viện Điện tử Viễn Thông

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương này sẽ trình bày lí do chọn đề tài, mục đích đề tài

cơ giới hóa trong nông nghiệp còn khiêm tốn, sức cạnh tranh với khu vực và thế giớichưa cao; thậm chí, ở một số lĩnh vực còn đi sau thế giới khá xa Các nguyên nhân củatình trạng này là do sản xuất nhỏ lẻ, manh mún, năng suất lao động thấp mà giá thànhnông sản lại cao

Quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao; cùng với diệntích đất bị thu hẹp do đô thị hóa, do biến đổi khí hậu trong khi dân số tăng nên nhu cầulương thực không ngừng tăng lên… là những thách thức rất lớn đối với sản xuất nôngnghiệp

Hình 1.1 Nông dân tưới nước thủ công

Tieu luan

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em đã lựa chọn và tiến hành thiết kế

mô hình hệ thống tưới tự động nhằm giảm bớt sức người cũng như tăng năngsuất sản phẩm

1.2 Mục đích đề tài

Năm 2020 là năm có ý nghĩa rất quan trọng, ngành nông nghiệp và phát triểnnông thôn cần tiếp tục thực hiện cơ cấu lại nông nghiệp gắn với đổi mới mô hình tăngtrưởng và xây dựng nông thôn mới, với các mục tiêu, nhiệm vụ, giải pháp tập trung,quyết liệt, triển khai ngay từ những ngày đầu năm 2020

Để đáp ứng nhu cầu hội nhập quốc tế đòi hỏi nền nông nghiệp Việt Nam phảităng cả năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, song song với điều đó cũng cần phảilàm giảm chi phí sản xuất để tăng tính cạnh tranh với quốc tế Điều đó bắt buộc chúng

ta phải áp dụng khoa học và công nghệ vào trong sản xuất

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, phân tích và thiết kế được mạch có khả năngđiều khiển và giám sát hệ thống tưới nước tự động thông qua các thông tin thu thập

về Thông tin độ ẩm môi trường, độ ẩm đất được cảm biến đo chuyển tới khối xử lý

dữ liệu Dựa vào các thông tin trên để điểu khiển máy bơm tưới nước tự động

Viện Điện tử Viễn Thông

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Chương này tập trung vào các lí thuyết liên quan đến đề tài bao gồm các kiến thức về

tự động và những ứng dụng thực tế của tự động trong đời sống Ngoài ra chương nàycòn đề cập đến các kĩ thuật tưới nước cho cây trồng

2.1 Khái niệm hệ thống tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống, bao gồm các phần tử tự động nhằm điềukhiển các quy trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trựctiếp của con người

Hiện nay, hệ thống tự động xuật hiện ngày càng phổ biến,gần như mọi lĩnh vựctrong đời sống đều gắn với hệ thống tự động

 Trong y tế:

Tự động hóa trong các quy trình khám chữa bệnh, chăm sóc sức khỏe Nhiều bệnhviện đã triển khai các robot trong các hoạt động khám bệnh, chẩn đoán bệnh, quản lý…Điều này giúp cho các bệnh viện, cơ sở y tế không bị quá tải và giúp bù đắp thiếu hụtnhân lực

 Trong giao thông:

Hình 2.1 Robot cảnh sát giao thông

Nhiều hoạt động như tìm kiếm xe cứu hộ, phòng tránh ùn tắc giao thông đềuđược ứng dụng tự động hóa Các hệ thống sẽ giám sát, cung cấp thông tin cho ngườidân để nắm bắt thông tin tốt nhất Nó đã góp phần hỗ trợ kiểm soát giao thông, giúp đỡhoạt động giao thông của người dân

 Trong sinh hoạt hàng ngày:

Các biến tần được sử dụng hợp lý trong các thiết bị quen thuộc Điều này gópphần tiết kiệm năng lượng, chi phí cho người sử dụng Đi cùng đó vẫn là công suất

Tieu luan

hoạt động mạnh mẽ thuận tiện trong quá trình sử dụng.

 Tự động hóa máy mọc nông nghiệp:

Việc phát triển nông nghiệp thông minh là vấn đề cấp thiết để cho ra nguồn thựcphẩm sạch Muốn có được nền nông nghiệp thông minh cần có sự kết hợp của nhiềulĩnh vực công nghệ Đặc biệt các thiết bị máy móc sử dụng cần được ứng dụng tự độnghóa – số hóa để tạo nên các chuỗi giá trị cho sản phẩm

Các giải pháp tự động hóa được triển khai với quy mô lớn, tham gia vàohầu hết các khâu Quá trình tự động hóa khi được áp dụng vào các thiết bị sẽ giúp tăngnăng suất sản xuất Đặc biệt tạo ra số lượng lớn nhưng vẫn đảm bảo nguồn thực phẩmsạch theo đúng quy chuẩn Doanh nghiệp, cá nhân cần kiểm soát tốt các khâu trongquá trình sản xuất để tránh sai sót

Hình 2.2 Máy cày tự hành của CNH Industrial

 Tự động hóa máy móc công nghiệp:

Hình 2.3 Robot lắp ráp công nghiệp

Tieu luan

Viện Điện tử Viễn Thông

Tự động hóa trong công nghiệp đang ngày càng phát triển hơn Các doanh nghiệpđều nhận thức được cần phải ứng dụng tự động hóa vào trong quy trình sản xuất Cácnhà máy, dây chuyền sản xuất đều được thiết lập các hệ thống tự động hoặc sử dụngrobot Các robot có công dụng rất lớn, đặc biệt có ích đối với những ngành sản xuấtđộc hại

Các giải pháp tự động hóa đã góp phần nào giảm tải sức lao động của con người.Cũng như phần nào giúp con người thực hiện cả những quá trình khó khăn, độc hại, tăngnăng suất lên gấp đôi, thậm chí gấp ba Các quy trình công nghiệp thường được thiết kế,lập trình các bộ điều khiển chung trong khi xử lý Xu hướng hiện tại trong các doanhnghiệp đang gia tăng sử dụng các robot để thực hiện các chức năng kiểm tra, hướng dẫn

xử lý

2.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống tự động

Ưu điểm

 Tăng thông lượng hoặc năng suất

 Cải thiện chất lượng hoặc tăng khả năng dự báo về chất lượng

 Cải thiện mạnh mẽ (thống nhất), quy trình hay sản phẩm

 Tăng tính nhất quán của đầu ra

 Giảm chi phí nhân công trực tiếp và chi phí nhân lực

 Cung cấp công việc ở cấp cao hơn trong việc phát triển, triển khai, bảo trì vàhoạt động của các quá trình tự động

 Thực hiện nhiệm vụ đó là vượt quá khả năng của con người về kích thước,trọng lượng, tốc độ, sức chịu đựng, vv

Khó khăn

 Dễ bị hư hỏng: Một hệ thống tự động có thể có một mức giới hạn của trí thôngminh, nó cũng có thể bị trục trặc gây ra những việc ngoài ý muốn Do đó phảikiểm tra bảo trì định kỳ

 Không thể đoán trước / chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triểnchi phí của tự động hoá một quá trình có thể vượt quá chi phí tiết kiệm bằngcách tự động hóa bản thân

 Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một mới sản phẩm hoặc thực vậtthường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm,

mặc dù chi phí tự động hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thờigian.

 Đối mặt với tình trạng thất nghiệp: Khi các máy móc tự động hóa thay thế lao

Tieu luan

động tay chân sẽ dẫn đến giờ làm việc thấp hoặc yêu cầu người lao động phải

có những kiến thức cao để có thể thay đổi công việc

2.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cây trồng

Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa.Toàn bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng caosản lượng… Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nóchỉ phát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuynền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tướicây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đangphát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nướcĐông Nam Á nói chung và trong đó có Việt Nam

Hình 2.4 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự độnghóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đãcho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực không chỉ trênlĩnh vực nông nghiệp Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho bất

kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào muốn phát triển kinh tế trên Thế giới

2.4 Các dạng chính của tưới tự động

Hệ thống tưới nước tự động có 4 dạng chính:

2.4.1 Tưới phun mưa:

Đây là hệ thống tưới nước tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu phuntạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây Hệ thống này giúp bà con nông dântưới cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nâng cao hiệu quả kinh tế Phương pháp này

có tác dụng làm tăng độ ẩm cho đất và làm mát cho cây trồng, tạo điều kiện

kích thích cây

Tieu luan

Viện Điện tử Viễn Thông

trồng sinh trưởng và phát triển Hệ thống này được áp dụng phổ biến nhất do phùhợp với nhiều mô hình canh tác từ hoa màu cho đến cây ăn quả, cây công nghiệp.Nước ra vòi phun, béc phun theo dạng mưa, từng hạt, từng hạt có khả năng văng

xa, tùy theo áp lực nước

Ưu điểm:

 Tưới phun mưa có hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chế cao độ tổn thất nước

do bốc hơi vì tia phun ngắn

 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnh chophù hợp sự tăng trưởng của cây trồng Không tạo nên dòng chảy trên mặt đất.không phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ

 Do toàn bộ hệ thống đường ống tưới phun mưa đặt ngầm nên tiết kiệm đất

 Thuận tiện việc chăm sóc, canh tác trên đồng ruộng Mặt khác cũng dễ dàng

tự động hóa từng phần hoặc toàn phần hệ thống tưới phun mưa Cũng nhưviệc cơ khí hoá và tự động hóa phần thiết bị điều khiển Thiết bị tưới phunmưa được điều khiển toàn bộ hệ thống từ xa theo chương trình lập sẵn Nêntiết kiệm sức lao động và nâng cao năng suất tưới

 Nâng cao năng suất tưới và năng suất các khâu canh tác nông nghiệp khác

Sử dụng áp lực làm việc loại trung bình và thấp Đồng thời lưu lượng tướiphun mưa yêu cầu nhỏ nên tiết kiệm năng lượng và nguồn nước Có tác dụngcải tạo vi khí hậu khu tưới Hạn chế sâu bệnh, cỏ dại phát triển Kết hợp đượctưới tưới phun mưa với phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học Rất phù hợpvới các cây trồng mềm yếu (vườn hoa, vườn ươm, cây đang ra hoa, thụphấn)

Thiết bị tưới phun mưa cho phép người sử dụng có thể pha thêm một số dungdịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại Tuy nhiên, nếu phải thường xuyên tiếpxúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Vì thế, sản phẩmnày giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng Bên cạnh đó, với mật độ phun đều,lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiều gây ngậpúng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật

Nhược điểm:

 Các loại béc tưới phun mưa dễ bị tắc nghẽn (khi nước tưới có nhiều tạp

chất), nhất là đối với các vòi phun sương mù (Mist Sdrayer) có các lỗ tưới phun

Tieu luan

mưa rất nhỏ.

 Yêu cầu trình độ nhất định trong thiết kế xây dựng và quản lý hệ thống

tưới phun mưa.

 Vốn đầu tư cho hệ thống tưới phun mưa ban đầu cao hơn so với các kỹ thuật tưới cổ điển

 Các đường ống tưới phun mưa và thiết bị hay hư hỏng, dễ bị mất mát, pháhoại do con người và côn trùng tại mặt ruộng (điều này rất dễ xảy ra ở Việt Nam)

Hình 2.5 Hệ thống tưới nước phun mưa

2.4.2 Tưới phun sương

Tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơm tăng áp.Nguồn nước đưa vào được nén với áp suất cao qua những vòi được thiết kế đặc biệt

sẽ chuyển hóa thành dạng sương siêu mỏng với kích thước hạt nhỏ, dễ khuếch tánvào môi trường xung quanh Tưới phun sương thường được lắp trong các khu vườnươm giống, các vườn hoa trong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rau thủy canh, trồng hoa,tưới cảnh quan…

Ưu điểm:

 Có tác dụng ngăn bụi, điều hòa vi khí hậu, giúp không khí mát mẻ và cóthể tận dụng lúc tưới để phun các loại thuốc bổ trợ cho cây trồng Kích thướchạt nhỏ, mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng, không gây hại cho cây

 Nhắc đến thiết bị tưới phun sương là phải nhắc đến công dụng đầu tiêncủa sản phẩm này là chống lãng phí nước Nếu so với việc tưới thủ công tốn khánhiều nước, thì thiết bị này giúp người trồng trọt tiết kiệm được nguồn tài nguyên

quý giá và không thể thiếu đối với sự sống của cây trồng Cường độ tưới có thểđiều

Tieu luan

Viện Điện tử Viễn Thông

chỉnh cho thích hợp với từng loại cây trồng, cộng thêm thiết bị có thể tưới trêndiện rộng, nên thiết bị này không chỉ chống lãng phí nước mà còn tiết kiệm thờigian tưới cây

 Lợi thế tiếp theo của thiết bị này là giúp cho người trồng trọt đỡ vất vả, đỡtốn công sức tưới hoặc thuê người tưới Thay vì mất vài giờ đồng hồ chỉ để tướicây, trong khi thời gian là tiền bạc, chủ vườn cây có thể dành thời gian đó để làmviệc khác, hoặc ngồi ngắm nhìn khu vườn đang sai trĩu quả hoặc đang trổ hoa đẹpmắt Vừa tiết kiệm nước, vừa tiết kiệm công sức lao động quả là thiết bị đángphải xem xét để đầu tư

Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một sốdung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại Tuy nhiên, nếu phải thường xuyêntiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Vì thế, sảnphẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng Bên cạnh đó, với mật độ phunđều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiều gâyngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật

 Với sân vườn nhỏ, khách hàng có thể tự lắp ráp hệ thống tưới phun sương

tự động theo hướng dẫn ghi trên hộp, hoặc theo hướng dẫn của nhà cung cấp Đốivới diện tích sân vườn lớn hơn, bạn vẫn có thể tự lắp ráp nhưng tốt nhất là nên có

sự hỗ trợ kỹ thuật từ phía người bán, vì họ có nhiều kinh nghiệm và họ sẽ giúpbạn có được hệ thống tưới hiệu quả nhất Tính năng tự động không thể khôngnhắc đến khi nói về sản phẩm này Người sử dụng chỉ cần đứng ở đầu nguồnnước để mở vòi, hoặc lắp đặt hệ thống tưới tự động hẹn giờ, lúc này thiết bị sẽtưới theo đúng thời gian và lượng nước được cài đặt sẵn

 Không gây dòng chảy mặt: Các hạt sương có kích thước nhỏ, di chuyểnvới vận tốc bé trong không khí

Tieu luan

không tốt Tuy vốn đầu tư ban đầu lớn, nhưng điều đó không có nghĩa chi phítrung bình cao vì hệ thống thiết bị tưới phun sương có thể sử dụng từ 10 đến 20năm Nếu bạn lấy vốn ban đầu chia cho số năm sử dụng, bạn sẽ thấy được thiết bịnày vừa tiện lợi, lại vừa tốn ít chi phí trung bình phải bỏ ra.

 Thiết bị sử dụng công nghệ hiện đại đòi hỏi người sử dụng phải có kiếnthức nhất định về sản phẩm, cũng như cách dùng Với diện tích đất trồng hay sânvườn lớn, bạn cần có bản thiết kế hoàn chỉnh trước khi bắt tay vào lắp đặt, chưa

kể đến bạn cần có thông tin cách sử dụng sao cho hiệu quả nhất

Hình 2.6 Hệ thống tưới nước phun sương

2.4.3 Tưới nhỏ giọt

Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước sẽđược tưới trực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá Từ đâyhạn chế đến tối đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinh dưỡng đểphát triển Nước ra từ các đầu vòi theo dạng từng giọt, từng giọt một tưới trựctiếp vào gốc cây thích hợp cho việc tưới không gian lớn cho cây ăn quả, cây lâunăm

Ưu điểm

 Đảm bảo cung cấp độ ẩm đồng đều cho đất canh tác, ngoài ra còn điềuhòa được các yếu tố như nhiệt độ, chế độ không khí, nước, thức ăn, quang hơpcủa cây…

 Tưới nhot giọt giúp tiết kiệm nước một cách tối đa, giảm đến mức thấpnhất sự hao hụt về nước do thấm ra đất hay bốc hơi

Viện Điện tử Viễn Thông

 Tránh hiện tượng xói mòn, rửa trôi đất, tập trung muối về 1 nơi khiến đấtkhông đồng đều về dinh dưỡng

 Là bước đệm cho cơ giới hóa, tự động hóa trong nông nghiệp, năng suấtlao động tăng lên đáng kể nhưng lại ít tốn nhân công và giảm thời gian lao độngchân tay bởi vì thao tác bón phân hay bơm thuốc bảo vệ thực vật dễ dàng kết hợpcùng quá trình tưới

 Tưới nhỏ giọt ít phụ thuộc vào cấu trúc địa hình, không phá vỡ kết cấucủa đất, thích hợp với mọi điều kiện địa hình ở nước ta

 Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành

 Góp phần ngăn chặn cỏ dại, sâu bệnh do chỉ đủ nước cho gốc cây chứkhông phung phí ra các vùng xung quanh

 Và đặc biệt, hệ thống tưới nhỏ giọt luôn duy trì độ ẩm ở mức độ tốt nhất,phù hợp với từng loại cây trồng, do đó, tăng năng suất cây và giúp cây đạt chấtlượng vượt trội

 Chi phí ban đầu khá cao

 Đòi hỏi người đầu tư phải am hiểu về kỹ thuật tưới nhỏ giọt mới vận hànhđược

 Nếu quá trình tưới nhỏ giọt bị gián đoạn chất lượng cây trồng sẽ xuống cấp cực kỳ nhanh so với những cách tưới khác

Như vậy, sau khi so sánh những ưu – nhược điểm của hệ thống tưới nhỏ giọtbạn có thể chọn cho mình cách tưới tiêu hợp lý nhất tùy vào loài cây và khả năng tàichính của bạn

Có 2 hệ thống tưới nước nhỏ giọt phổ biến:

 Tưới nhỏ giọt dọc luống: Được áp dụng đầu tiên trong nông nghiệp có lẽ

là hình thức tưới nhỏ giọt dọc luống Với khả năng nhân rộng cao, chủ vườn chỉ

Tieu luan

cần

lắp đặt một đường ống nước và đặt dọc theo các luống cây Mỗi gốc cây sẽ lắpthêm một béc để dòng nước chảy nhỏ giọt ra từ từ.

 Tưới nhỏ giọt quanh gốc: Từ phương pháp tưới nhỏ giọt dọc luống cũ, cácnhà khoa học đã nghiên cứu và cải tạo thành tưới nhỏ giọt quấn quanh gốc.Phương pháp này phù hợp để sử dụng cho những loại cây trồng có nhu cầu cao

về lượng nước, nhưng việc áp dụng các biện pháp tưới phun sương lại không phù

hợp.

Hình 2.7 Hệ thống tưới nhỏ giọt

2.4.4 Tưới cảnh quan, tưới cỏ:

Hệ thống tưới tự động được hiểu đơn giản là có thể hoạt động mà không cần

sự tác động của con người Mọi hệ thống tưới nhỏ giọt, phun mưa, tưới cảnh quan,sân vườn đều có thế áp dụng tưới tự động thống tưới tự động thông qua các thiết bịđiện tử như bộ hẹn giờ và các thiết bị cơ khí khác

Việc áp dụng hệ thống tưới tự động có thể làm tăng chi phí ban đầu nhưng vềlâu dài các năm sau chi phí để chăm sóc cây trồng sẽ giảm thiểu tối đa do giảm thiểu

về nhân công lao động, tiền điện, tiền nước

Ưu điểm:

 So với việc tưới cây thủ công thì hệ thống tưới cảnh quan tự động giúptiết kiệm được 60% lượng nước Chính điều này đã giúp giảm chi phí tiền nướchàng tháng của mỗi gia đình, mỗi công ty Đồng thời cũng giúp giảm được sứclực chăm sóc của con người Không chỉ vậy, đặc điểm của hệ thống này đó làđược lắp đặt cố định nên nó sẽ giúp đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các thiết bị tướitiêu

Tieu luan

 Bên cạnh đó, hệ thống tưới cảnh quan còn giúp bạn tiết kiệm được nhiều

Viện Điện tử Viễn Thông

thời gian chăm sóc cây, từ đó có thêm thời gian để tập trung vào những việc kháctrong cuộc sống Khu vườn của bạn sẽ trở nên tươi mới, sống động hơn nếu đượclắp đặt hệ thống tưới cảnh quan tự động Từ đó công trình sân vườn do bạn tâmhuyết chăm sóc sẽ trở nên ấn tượng và thu hút hơn rất nhiều Điều này cũng giúpcon người thư thái và thoải mái hơn khi ngắm những loại cây cảnh ưa thích Vì

hệ thống này có bộ cảm biến và tắt tự động vì vậy nó giảm lượng bụi bẩn, ônhiễm vào nguồn nước từ các dòng chảy, giúp bảo vệ môi trường trong lành hơn.Nhược điểm:

 Nhược điểm của hệ thống tưới cảnh quan tự động là chi phí đầu tư banđầu khá cao Để vận hành hệ thống hoạt động tốt và hiệu quả thì cần người có kỹthuật chuyên môn, am hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới tự động

Tieu luan

Khối nguồn

Khối thu thập dữ liệu

Khối vi điều khiển Khối hiển thị

Khối thiết bị

Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Chương này trình bày nguyên lí hoạt động của đề tài, chi tiết về các linh kiện sử dụngtrong hệ thống

3.1 Giới thiệu về mô hình hệ thống

Hệ thống gồm 4 phần chính :

Phần thứ nhất là khối thu thập dữ liệu gồm các cảm biến nhiệt độ-độ ẩm

DHT-11, cảm biến mưa Các cảm biến này sẽ thu thập thông tin trong môi trường hiện tạisau đó sẽ gửi thông tin đến trung tâm xử lí bằng công nghệ truyền dẫn không dây.Phần thứ hai là bộ điều khiển trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu gửi về từ khốithu thập dữ liệu xử lí Thông tin sẽ được gửi đến người dùng qua wifi

Phần thứ ba là khối thiết bị gồm có máy bơm nước Khi đạt đủ điều kiện hệ thốngđiều khiển sẽ bật ( tắt ) máy bơm cung cấp nước cho cây trồng

Phần thứ 4 là khối hiển thị gồm có 1 màn hình LCD 16x2 để hiện thị thông sốhiện tại tại nơi đặt thiết bị Ngoài ra, thông tin còn được hiển thị qua phần mềm

android

3.2 Thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Viện Điện tử Viễn Thông

3.3Chức năng của từng khối

3.3.1 Khối vi điều khiển

 Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sửdụng để điều khiển các thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, là một hệthống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác vớicác bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như

bộ nhớ, các module vào/ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tựsang số, Ở máy tính thì các module thường được xây dựng bởi các chip vàmạch ngoài

 Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng Nó xuất hiệnkhá nhiều trong các thiết bị điện, điện tử, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầuđọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động,

KIT điều khiển ESP8266 NodeMCU

Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 là kit phát triển dựa trênnền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trựctiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng

và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản

Khả năng lưu trữ và xử lý mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảmbiến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với chi phítối thiểu và một PCB tối thiểu Với mức độ tích hợp cao trên chip, trong đó bao gồmcác anten chuyển đổi balun, bộ chuyển đổi quản lý điện năng…Kit RF thu phát WifiESP8266 NodeMCU Lua CP2102 được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập

dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT

 ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi hoàn chỉnh và khép kín,cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năngkết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng

 Luôn phiên, phục vụ như một bộ chuyển đổi Wi-Fi, truy cập internet không dây

có thể được thêm vào bất kỳ thiết kế vi điều khiển nào dựa trên kết nối đơn giảnqua giao diện UART hoặc giao diện cầu CPU AHB

 Khả năng lưu trữ và xử lý mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảmbiến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với

Tieu luan

chi

phí tối thiểu và một PCB tối thiểu Với mức độ tích hợp cao trên chip, trong đó bao gồm các anten chuyển đổi balun, bộ chuyển đổi quản lý điện năng

Điện áp đầu vào 5V (thông qua cổng USB)

Số chân I/O 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

Số chân Analog Input 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

Viện Điện tử Viễn Thông

Sơ đồ chân ESP8266 Node MCU

Hình 3.3 Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU

Chức năng của các chân:

 VCC: Điện áp 3.3V

 GND: Chân nối đất

 Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiển

 Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiển

 RST: chân reset, kéo xuống mass để reset

 10 chân GPIO từ D0 – D8, có chức năng PWM, IIC, giao tiếp SPI, 1- Wire vàADC trên chân A0

Tính năng của NODEMCU ESP8266:

 WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n, hỗ trợ WPA/WPA2

 Điện áp cung cấp : DC 5 ~ 9V

 Bộ nhớ Flash: 32MB

 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến115200

 Tích hợp ngăn xếp giao thứcTCP / IP