Báo cáo Bài Tập lớn ĐỀ TÀI: Cảm biến độ ẩm đất và sản phẩm ứng dụng thực tế Giảng viên hướng dẫn: T.S Phạm Đức An Sinh viên thực hiện: Nhóm 8... Phân công công việc:thành Mạc Đức Duy
Trang 1Báo cáo Bài Tập lớn
ĐỀ TÀI: Cảm biến độ ẩm đất và sản phẩm ứng dụng thực tế
Giảng viên hướng dẫn: T.S Phạm Đức An
Sinh viên thực hiện: Nhóm 8
Trang 34.1 Duy trì độ ẩm tự động ở trong khoảng nhất định 5
4.2 Yêu cầu máy làm việc với một độ ẩm nhập bất kì ngoài giao diện 6
8 Mô đun rơ le bán dẫn 1 kênh 5/12/24V định mức HIGHT/LOW 15
Trang 4Phân công công việc:
thành
Mạc Đức Duy 20198404 Do dịch nên chủ yếu làm online
Tư vấn, tìm hiểu thông số và linh kiện Chỉnh code
Xử lý số liệu Thuyết trình 2 buổi cuối
Hoàn thành tốt, tích cực
Vũ Đình Hiệp
Nhóm trưởng 20198405 Tìm và mua linh kiện Đưa ra bài toán
Viết code bài toán mức, bài toán hiển thị Làm và chỉnh sửa báo cáo sau các buổi Làm mạch, lắp mạch,
Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu Thuyết trình buổi đầu và trả lời tiến độ ở các buổi báo cáo
Hoàn thành tốt, tích cực
Trịnh Quang Nghĩa 20198421 Tìm và mua linh kiện
Làm powerpoint Lắp mạch Tiến hành lấy mẫu thí nghiệm Tìm định nghĩa và công thức cần thiết,
Hỗ trợ phần làm video và ảnh sản phẩm Thuyết trình buổi số 3
Hoàn thành tốt, tích cực
Đỗ Quang Trung 20198439 Viết code bài toán 2
Đồng thời kết hợp các bài toán rồi đưa ra code tổng hợp
Giải quyết, làm rõ bài toán Đưa ra sơ đồ khối của bài toán Tìm hiểu các hàm viết code Trả lời tiến độ báo cáo của thầy ở buổi báo cá
o số 2/3
Hoàn thành tốt, tích cực
Trang 5I PHẦN I: CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM ĐẤT DÙNG IC LM393 VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG BƠM TỰ ĐỘNG
1 Tổng quan cảm biến
a Khái niệm Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó
b Phân loại Trên thực tế có vô vàn những loại cảm biến khác nhau và chúng ta có thể chia các cảm biến thành hai nhóm chính:
Cảm biến vật lí: có thể kể đến một vài ví dụ dễ hình dung như sóng ánh sáng, hồng ngoại, tia X, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường, gia tốc,…
Cảm biến hóa học: thường thấy như độ ẩm, độ PH, ion, khói,….
Ngoài ra ta cũng có một số hình thức phân chia khác.
Cảm biến chủ động và bị động
Cảm biến chủ động: không sử dụng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện. Điển hình là cảm biến áp điện làm bằng vật liệu gốm, chuyển áp suất thành điện tích trên bề mặt
Cảm biến bị động có sử dụng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện Điển hình là các photodiode khi có ánh sáng chiếu vào thì có thay đổi của điện trở tiếp giáp bán dẫn p-n được phân cực ngược.
Phân loại theo nguyên lí hoạt động
Theo nguyên lí hoạt động ta có thể kể đến những loại cảm biến nổi bật như:
Cảm biến điện trở: hoạt động dựa theo di chuyển con chạy hoặc góc quay của biến trở, hoặc sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn.
Cảm biến cảm ứng: cảm biến biến áp vi phân, cảm biến cảm ứng điện từ, cảm biến dòng xoáy, cảm biến cảm ứng điện động, cảm biến điện dung,….
Cảm biến điện trường: cảm biến từ giảo, cảm biến áp điện,…
Và một số cảm biến nổi bật khác như: cảm biến quang, cảm biến huỳnh quang nhấp nháy, cảm biến điện hóa đầu dò ion và độ pH, cảm biến nhiệt độ,…
2 Ý tưởng
Ngày nay, công nghệ đang được ứng dụng triệt để trong mọi ngóc ngách của cuộc sống Các mô hình tự động hóa, công nghệ truyền thông, internet, …. giúp cho con người có thể làm được nhiều việc hơn, năng suất và tự động. Cùng với hướng phát triển chung của xã hội, nhóm chúng em mong mỏi làm ra một sản phẩm giúp người dùng có thể tối ưu hóa cuộc sống của mình, giảm bớt thời gian để có nhiều thời gian hơn dành cho gia đình.
Trang 6Mỗi gia đình, dù thành phố hay nông thôn đều có môt vườn cây nho nhỏ. Tuy nhiên, do bộn bề công việc, nhiều khi chúng ta quên, không thể chăm sóc cho khu vườn nhỏ của mình Đồng thời, Việt Nam cũng là một nước sản xuất nông sản đứng hàng đầu thế giới. Cùng với yêu cầu môn học, nhóm em nảy ra ý tưởng là thiết kế một sản phẩm bơm tưới nước tự động thông qua các dữ liệu đo lường từ cảm biến độ ẩm đất. Chúng em hy vọng sản phẩm sẽ ứng dụng được trong thực tế, giúp tiết kiệm thời gian và tăng năng suất cho cây trồng.
3 Mục đích
Mục đích của bài tập lớn này nhóm em mong muốn biết, hiểu và có thể sử dụng một số phần mềm liên quan đến môn học và công việc sau này.
Với mục đích đó, nhóm em đặt mục tiêu hoành thành được sản phẩm đã lên ý tưởng, cho máy chạy được và giải quyết được một số bài toán mà thầy cũng như thực tế cuộc sống yêu cầu.
4 Bài toán thực hiện
Để hoàn thiện được một sản phẩm hoàn chỉnh như hiện tại, nhóm đã tách bài toán lớn thành nhiều bài toán nhỏ, sau đó mới tổng hợp chúng lại. Ưu điểm của phương pháp làm là nó dễ dàng hoàn thành từng mốc kế hoạch, dễ dàng phân chia nhiệm vụ cho các thành viên, trong quá trình vận hành nếu có sai sót thì nhóm có thể xem từng phần riêng lẻ để tìm và sửa lỗi một cách nhanh gọn dễ dàng nhất. Đồng thời phương pháp này cũng giúp các thành viên, các bạn và thầy
có thể dễ dàng xem, và hiểu các ứng dụng, cách thức từ đó tiếp thu môn học dễ dàng hơn.
4.1. Duy trì độ ẩm tự động ở trong khoảng nhất định Với mỗi loại cây trồng đều sẽ có một môi trường độ ẩm thsihc hợp để sinh trường và phát triển. Nghiên cứu và sử dụng công cụ để duy trì môi trường độ ẩm tối ưu giúp cho cây trồng phát triển một cách tốt nhất.
Sơ đồ khối của bài toán:
Trang 7pinMode(dc, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
} void loop() {
j=analogRead(A0);
j=map(j,0,982,148,0);
pres=j;
if(j>100) j=100;
else if(j<0) j=0;
delay(1000);
}
else { if(j>80) digitalWrite(dc, LOW); //dong co dung
delay(1000); }
prev=j;
delay(500); }
4.2. Yêu cầu máy làm việc với một độ ẩm nhập bất kì
Sơ đồ khối bài toán:
Trang 8Trang 9
byte columnPins[colu mns] = {6, 7, 8,
j = map(j, 0, 982,
148, 0); // tinh toan gia tri do am pres = j;
if (j<50){ digitalWri te(dc,HIGH); delay(100
Trang 10LiquidCrystal _I2C
lcd(0x27, 16, 2);
const byte rows = 4;
const byte columns = 4;
char Data[pass];
byte data_count = 1;
int a = 0;
int dc = 13 ; int j = 0;
[columns] = {
{'1', '2', '3', 'a'},
{'4', '5', '6', '#'},
{'7', '8', '9', 'C'},
{'*', '0', '#', 'D'},
};
9};
Keypad keypad = Keypad(makeKey map(keys), rowPins, columnPins, rows, columns);
void setup() {
lcd.init(); // khai bao ki tu LCD gom 2 hang va 16
ki tu lcd.setCursor(0, 0); // dua con tro chuot ve vi tri hang 0 cot o lcd.print(" SM
"); // hien thi pinMode(dc, OUTPUT); // khai bao dong co la tin hieu ra
Serial.begin(960 0);
lcd.backlight();
} void loop() // vao vong lap
{
analogRead(A0); / / tin hieu vao cua cam bien
else{ if (j < 0){
j = 0;
} } lcd.setCursor(10, 0); // dua con tro chuot vao hang
2 vi tri thu 6 tren LCD
lcd.print(j); // hien thi gia tri do am len LCD
lcd.print("%
"); //hien thi led lcd Serial.print(j);
lcd.setCursor(0,1)
; lcd.print("setup");
char temp = keypad.getKey();
if (temp){
if (isDigit(temp)){
Data[data_coun t] = temp;
lcd.setCursor(d ata_count+7,1);
constrain(data_co unt, 1, 2);
}
if (temp =='#'){
a = inString.toInt();
if (j>=a){
digitalWrite (dc,LOW);
delay(1000);
} } prev = j;
delay(500);
}
);
} else{
if (j>=80) {
digitalW rite(dc,LOW); delay(10 0);
} } }
if (temp == 'C'){
digitalWrite (dc,LOW); a=0;
lcd.clear(); lcd.setCurso r(11,1);
lcd.print(a); }
} Serial.println( temp);
}
5 Cảm biến độ ẩm đất LM393
Nguyên lý: Cảm biến độ ẩm điện dung sử dụng hai điện cực để theo dõi điện dung (nghĩa là khả năng lưu trữ điện tích) của một dải kim loại mỏng đặt giữa chúng. Điện dung kim loại khác tăng hoặc giảm với tốc độ tỷ lệ thuận với sự thay đổi độ ẩm trong môi trường cảm biến.
Sự chênh lệch điện tích (điện áp) được tạo ra bởi sự tăng độ ẩm sau đó được khuếch đại và gửi đến máy tính nhúng để xử lý.
Trang 11DO Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
AO Đầu ra Analog (tín hiệu tương tự)
Kết nối ESP8266 Module chuyển đổi
Serial.begin( 9600 );
}
void loop() {
Serial.print( "Do am: " );
Serial.println(analogRead(A0));
delay( 5000 );
}
Ứng dụng:Cảm biến độ ẩm đất có thể được sử dụng cho các ứng dụng nông nghiêp, tưới
nước tự động cho các vườn cây khi đất khô, hoặc dùng trong các ứng dụng của hệ thống nhà thông minh.
Trang 12► Dòng Max Chân I/O : 30mA
►14 Chân Digital I/O (6 chân PWM)
►6 Chân Analog Inputs
► GND : Chân mass chung cho toàn mạch Arduino
► Reset : Chân reset để thiết lập lại về ban đầu
► IOREF : Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino
► PWM : PWM được cung cấp bởi các chân 3,5,6,9,10, 11 Các chân này được cấu hình để cung cấp PWM đầu ra 8 bit.
► SPI : Chân này được gọi là giao diện ngoại
vi nối tiếp Các chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12
Trang 13► EEPROM 1 KB
► Đèn LED : Arduino Uno đi kèm với đèn LED tích hợp được kết nối thông qua chân 13 Cung cấp mức logic HIGH tương ứng ON và LOW tương ứng tắt.
► Vin : Đây là điện áp đầu vào được cung cấp cho board mạch
Arduino Khác với 5V được cung cấp qua cổng USB Pin này được sử dụng để cung cấp điện áp toàn mạch thông qua jack nguồn, thông thường khoảng 7- 12VDC
► 5V : Chân 5V được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra Arduino được cấp nguồn bằng ba cách đó là USB, chân Vin của bo mạch hoặc giắc nguồn DC.
(MISO), 13 (SCK) cung cấp liên lạc SPI với sự trợ giúp của thư viện SPI.
► AREF : Chân này được gọi là tham chiếu tương tự, được sử dụng để cung cấp điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự.
► TWI : Chân Giao tiếp TWI được truy cập thông qua thư viện dây Chân A4 và A5 được
sử dụng cho mục đích này.
► Serial Communication :Giao tiếp nối tiếp được thực hiện thông qua hai chân 0 (Rx) và 1 (Tx).
► Rx : Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu trong khi chân Tx được sử dụng để truyền
dữ liệu.
► External Interrupts (Ngắt ngoài) : Chân 2
và 3 được sử dụng để cung cấp các ngắt ngoài.
7 Bộ chuyển đổi I2C và LCD với Adruino
7.1 Màn hình LCD 16×2 là một linh kiện
được sử dụng rộng rãi trong trong các dự án điện tử và lập trình.
5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16×2.
Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu.
Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi.
LCD 16×2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta đang làm.
Trang 147.2 Module I2C Arduino
Module I2C LCD 16×2
LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều
chân trên vi điều khiển. Vì thế Module I2C LCD ra đời và giải quyết vấn để này. Thay vì
phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối.
Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4, …) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.
Trang 15Module I2C LCD 16×2 Arduino UNO
Trang 168Mô đun rơ le bán dẫn 1 kênh 5/12/24V định mức HIGHT/LOW
2 Mô-đun với điện áp hoạt động 5V 12V 24V;
3 Mô-đun có thể chỉnh mức cao hoặc thấp bằng trình kích hoạt cài đặt;
4 Thiết kế chống lỗi, đường dây điều khiển bị hỏng, rơle sẽ không hoạt động;
5 Chỉ báo nguồn (màu xanh lá cây), chỉ báo trạng thái rơle (màu đỏ)
6 Thiết kế giao diện tiện dụng, tất cả các giao diện đều có sẵn thông qua một đầu nối thiết bị đầu cuối kết nối trực tiếp, rất thuận tiện
7 Kích thước mô-đun: 50mm * 26mm * 18,5mm (Dài * Rộng * Cao)
1. DC +: Nguồn điện dương (VCC)
2. DC-: Nguồn điện âm (GND)
3. IN: Có thể là rơle điều khiển mức cao hoặc thấp
Output:
1. NO: Giao diện rơle thường mở
2. COM: Giao diện rơle chung
3. NC: Giao diện rơle thường đóng
Code test relay:
Trang 179 Bơm Nước Mini DC3-5
Máy bơm nước 5V mini Water Pump mini có kích thước nhỏ gọn, được sử dụng để bơm nước, dung dịch với khả năng bơm tối đa lên đến 1~1.5L/1 phút, thích hợp với các thiết kế sử dụng máy bơm nhỏ: bơm hồ cá, tưới nước cho cây, , lưu ý không cấp ngược cực.
Thông số kỹ thuật : Máy bơm chìm 5V MINI Điện áp sử dụng: 3~5VDC.
d) ASTM D4959 : Phương pháp xác định độ ẩm của mẫu đất và đá bằng phương pháp đốt trực tiếp
e) K.H. Head (2006). Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 1: Soil Classification
and Compaction Tests Whittles Publishing
Tuy nhiên, do hạn chế về kinh phí cũng như điều kiện thí nghiệm, nhóm em đo rồi hiệu chỉnh độ ẩm theo các bước sau:
Bước 1: Chọn mẫu đất khô, xốp; đem sấy khô một lần nữa.
Bước 2: Chia nhỏ mẫu đất thành nhiều phần bằng nhau.
Bước 3: Chuẩn bị một lượng nước sạch. (Để đảm bảo sai số một cách thấp nhất chúng em dùng nước lọc navie).
Trang 182 Hiệu chỉnh giá trị đầu vào analog và hiển thị
Trong quá trình làm chúng em có đo đueọc nhiều mức giá trị khác nhau, tuy nhiên do khoảng đo rộng (0-100) nên khi làm báo cáo chúng em chỉ để các giá trị chẵn cho gọn và dễ hình dung.
Trang 19mH 2O mĐất
(%)
Độ sai lệch
Trang 200 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Các thành viên cơ bản hiểu được bài toán, đã biết được các thành phần cơ bản của mạch điện tử, biết cách làm mạch in bằng tay, có kỹ năng hàn, test mạch, phát hiện được các lỗi cơ bản; biết được sơ qua về mạch điện tử, một chút về lập trình, so với mục tiêu của nhóm thì có thể coi là thành công.
Sản phẩm có giá thành rẻ, đơn giản, dễ sử dụng và có độ bền cao.
