Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển tự động chăm sóc cho cây lạc vụ đông

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 1 DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. 7 MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 8 1. Tính cấp thiết của đề tài. .............................................................................. 8 2. Lý do chọn đề tài. ......................................................................................... 9 3. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 10 4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 10 5. Bố cục đồ án ............................................................................................... 11 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 12 1.1. Khái niệm về hệ thống tự động hóa. .................................................... 12 1.2. Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất. ................................ 12 1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong nông nghiệp. ...................................... 13 1.4. Hiện trạng phát triển trên thế giới. .......................................................... 14 1.5. Thực trạng vấn đề tưới cây vụ đông tại Việt Nam. ................................. 16 1.6. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung. ....................................................... 16 1.7. Nghiên cứu kỹ thuật chăm sóc cây lạc vào vụ đông ............................... 16 1.7.1. Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc. ............... 16 1.7.2. Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu nhiệt độ của cây lạc. ............ 17 1.7.3. Nhu cầu về phân bón, chất dinh dưỡng của cây lạc. ........................ 17 1.8. Bài toán điều khiển. ................................................................................ 17Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đào Văn Nam Trang 3 1.9. Phân tích các phương án điều khiển. ...................................................... 18 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ HÌNH ............................................. 19 2.1. Thiết kế mạch. ......................................................................................... 19 2.1.1. Sơ đồ khối của mạch. ....................................................................... 20 2.1.2. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển chính. ........................................... 21 2.1.3. Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến................................................. 33 2.1.4. Sơ đồ nguyên lý khối mạch công suất. ............................................ 39 2.1.5.Sơ đồ nguyên lý tổng quan. ............................................................... 47 2.1.6. Thuật toán điều khiển ....................................................................... 48 2.2. Thiết kế mô hình. .................................................................................... 51 2.2.1. Thiết kế khung mô hình giá đỡ. ....................................................... 51 2.2.2. Thiết kế khung mô hình nhà kính. ................................................... 53 CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO MẠCH VÀ MÔ HÌNH .............................................. 55 3.1. Chế tạo mạch. .......................................................................................... 55 3.1.1. Sơ đồ board mạch điều khiển chính. ................................................ 55 3.1.2. Sơ đồ boar mạch cảm biến............................................................... 56 3.1.3. Sơ đồ Board tổng quan. ................................................................... 57 3.1.4. Thiết kế phần mềm ........................................................................... 58 3.2. Chế tạo mô hình ...................................................................................... 63 3.2.1. Mô hình hệ thống. ............................................................................ 63 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................... 64 4.1. Đánh giá kết quả...................................................................................... 64Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đào Văn Nam Trang 4 4.2. Hạn chế của đề tài ................................................................................... 64 4.3. Hướng phát triển đề tài ............................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 65 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 66

Trang 1

SVTH: Đào Văn Nam Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian thực hiện đề tài với nội dung nghiên cứu: “Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống điều khiển tự động chăm sóc cho cây lạc vụ đông”, em

đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường, trong thực tế Cùng với sự

giúp đỡ của cô Nguyễn Phương Thảo cho tới nay đã hoàn thành những yêu cầu

của đề tài Đó là nghiên cứu, thiết kế và thực thi chế tạo mạch điều khiển của hệ thống tưới và chăm sóc cây tự động đạt độ chính xác và hoạt động tốt

Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Phương Thảo đã tận tình chỉ bảo

và giúp đỡ em hoàn thành đồ án Do kiến thức còn hạn chế trong quá trình thực hiện đồ án em không tránh khỏi những sai xót kính mong quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ Em rất mong được sự đóng góp của thầy

cô và các bạn để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Đào Văn Nam

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

1.Tính cấp thiết của đề tài 8

2.Lý do chọn đề tài 9

3 Mục đích nghiên cứu 10

4 Phương pháp nghiên cứu 10

5 Bố cục đồ án 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 12

1.1 Khái niệm về hệ thống tự động hóa 12

1.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất 12

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong nông nghiệp 13

1.4 Hiện trạng phát triển trên thế giới 14

1.5 Thực trạng vấn đề tưới cây vụ đông tại Việt Nam 16

1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 16

1.7 Nghiên cứu kỹ thuật chăm sóc cây lạc vào vụ đông 16

1.7.1 Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc 16

1.7.2 Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu nhiệt độ của cây lạc 17

1.7.3 Nhu cầu về phân bón, chất dinh dưỡng của cây lạc 17

1.8 Bài toán điều khiển 17

Trang 3

1.9 Phân tích các phương án điều khiển 18

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ HÌNH 19

2.1 Thiết kế mạch 19

2.1.1 Sơ đồ khối của mạch 20

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển chính 21

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến 33

2.1.4 Sơ đồ nguyên lý khối mạch công suất 39

2.1.5.Sơ đồ nguyên lý tổng quan 47

2.1.6 Thuật toán điều khiển 48

2.2 Thiết kế mô hình 51

2.2.1 Thiết kế khung mô hình giá đỡ 51

2.2.2 Thiết kế khung mô hình nhà kính 53

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO MẠCH VÀ MÔ HÌNH 55

3.1 Chế tạo mạch 55

3.1.1 Sơ đồ board mạch điều khiển chính 55

3.1.2 Sơ đồ boar mạch cảm biến 56

3.1.3 Sơ đồ Board tổng quan 57

3.1.4 Thiết kế phần mềm 58

3.2 Chế tạo mô hình 63

3.2.1 Mô hình hệ thống 63

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64

4.1 Đánh giá kết quả 64

Trang 4

4.2 Hạn chế của đề tài 64

4.3 Hướng phát triển đề tài 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 66

Trang 5

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1.Bộ hẹn giờ và van điều khiển 15

Hình2.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống 19

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống 20

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chính 21

Hình 2.4: Sơđồ chân của PIC 18F2580 22

Hình 2.5:Hình ảnh thực tế của PICF2580 22

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD16x02 trong mạch điện 28

Hình 2.7:Ảnh thực tế LCD16x02 28

Hình 2.8: Sơ đồ chân của DS1307 29

Hình 2.9:Ảnh thực tế Module thời gian thực DS1307 30

Hình 2.10: Sơ đồ kết nối DS1307 31

Hình 2.11: Module WIFI ESP8266 31

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến 33

Hình 2.13: MH001848-Cảm biến độ ẩm đất 34

Hình 2.14: Sơ đồ mạch nguyên lý của cảm biến độ ẩm đất 35

Hình 2.15: Cảm biến độ ẩm DHT11 36

Hình 2.16: Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý 36

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý khối công suất 39

Hình 2.18: Ảnh thực tế PC817 40

Hình 2.19:Sơ đồ chân PC817 40

Hình 2.20:Sơ đồ kết nối PC817 41

Hình 2.21:Ảnh thực tế với ký hiệu của IRFZ44 42

Hình 2.22: Ảnh thực tế Module chuyển nhiệt TEC1-12706 40X40mm 43

Hình 2.23:Ảnh thực tế RELAY 43

Hình 2.24: Cấu tạo RELAY 44

Hình 2.25: Cấu tạo transistor 45

Hình 2.26: Transistor 1815 45

Hình 2.27: Sơ đồ nguyên lý tổng quan 46

Hình 2.28: Bản vẽ thiết kế giá để nước và chất dinh dưỡng 50

Hình 2.29: Mô hình giá để nước và chất dinh dưỡng thực tế 51

Hình 2.30: Bản vẽ thiết kế nhà kính 52

Hình 2.31: Mô hình nhà kính thực tế 53

Hình 3.1: Sơ đồ board bố trí linh kiện mạch điều khiển chính 54

Hình 3.2: Sơ đồ board đi dây mạch điều khiển chính 54

Hình 3.3: Sơ đồ board bố trí linh kiện mạch cảm biến 55

Hình 3.4: Sơ đồ board đi dây mạch cảm biến 55

Hình 3.5: Sơ đồ 3D bố trí linh kiện mạch tổng quan 56

Hình 3.6: Sơ đồ board đi dây mạch tổng quan 57

Hình 3.7: Giao diện của phần mềm lập trình 58

Trang 6

Hình 3.8: PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM 59

Hình 3.9: Giao diện phần mềm nạp PICKIT 2 60

Hình 3.10: Giao diện phần mềm điều khiển trên máy tính 61

Hình 3.11: Mô hình hoàn chỉnh hệ thống 62

Trang 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc vào vụ đông 16

Bảng 1.2: Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu nhiệt độ của cây lạc vào vụ đông 17

Bảng 1.3 : Nhu cầu về phân bón, chất dinh dưỡng của cây lạc vào vụ đông 17

Trang 8

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách chủ quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ thuật trồng trọt thì tưới chất dinh dưỡng, nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, đểđảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng, tưới đủtheo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao

Ngoài ra trên những tuyến phố ở khu vực trung tâm thành phố chúng ta vẫn bắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước và chăm sóc cây dọc đường gây ùn tắc, mất

an toàn giao thông

Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người Vì vậy thiết bị tướiđang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày được áp dụng càng nhiều Thiết bị tướicũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, dây tưới nhỏ giọt ) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều nước như Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , sẽ rất thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình Việc tính toán để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới và chăm sóc đáp ứng được nhu cầu tưới theo nông học cây trồng và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao

là việc cần thiết cho việc phát triển trên diện rộng của hệ thống tưới này Hệ thống tưới phun đáp ứng nhiệt độ môi trường, độ ẩm gốc, độẩm lá và không khí cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu dinh

Trang 9

dưỡng không gây rửa trôi, thoái hóa đất, không gây ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động có thể kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới nước và chất dinh dưỡng cho cây tự động sẽ giúp cho con người không phải tưới và chăm sóc cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước, chất dinh dưỡng cũng như giám sát thời gian tưới cây Với hệ thống này, việc tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ

ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều kiện đó sẽ được đưa vào

hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm nước và chất dinh dưỡng Người lao động sẽ không cần phải quan tâm đến việc tưới và chăm sóc cây, cây

sẽ được sinh trưởng và phát triển tốt hơn nhờ việc tưới và chăm sóc cây phù hợp

và chính xác hơn

2 Lý do chọn đề tài

Hệ thống tưới và chăm sóc tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) là hệ thống thiết bị chăm sóc tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụng rộng trên các nước phát triển Hệ thống tự động này là một hình thức tưới nước và chất dinh dưỡng hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công Vốn đã rất phổ biến từ nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây việc vận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước và chất dinh dưỡng tự động cũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn nhưng không phải người dân nào cũng mạnh dạn đưa vào xử dụng vì chi phí đầu

Trang 10

Kỹ thuật điện tử phát triển đã nhanh chóng được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò cực kỳ quan trọng góp phần lớn cho sự tiến bộ không ngừng của các lĩnh vực này Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, và với những phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại năng suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng được nâng cao, đòi hỏi chất và lượng nâng cao Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả năng đo đạc và điều khiển được các thông số của môi trường như :nhiệt độ môi trường, độ ẩm đất, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng Xuất phát từ những vấn đề thực

tiễn trên chúng em đã nghiên cứu và tiến hành thiết kế: “Hệ thống điều khiển tự động chăm sóc cho cây lạc vụ đông’’

3 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tưới và chăm sóc cây tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu và chăm sóc cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:

• Các kết quả nghiên cứu kế thừa

- Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng

- Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn

• Định hướng nghiên cứu

Trang 11

- Nghiên cứu phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy tính

- Tìm ra phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả

- Chương 2: Thiết kế mạch và mô hình

- Chương 3: Chế tạo mạch và mô hình

- Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Trang 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm về hệ thống tự động hóa

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

Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một

hệ thống khác

Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến

- Hệ thống điều hoà không khí

- Hệ thống điều chỉnh độ ẩm

- Hệ thống tự động báo cháy v.v

Trong môi trường sản xuất:

- Các máy tự động

- Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động

- Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v

1.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất

Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở

cơ giới hóa và điện khí hóa Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng, giá thành

Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải

Trang 13

thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất

Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn ứng dụng phục vụ đời sống con người Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việc tinh vi hiện đại còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng dụng phục vụ nhu cầu sống Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong nông nghiệp

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 cao sản lượng…

Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước đông nam á trong đó có Việt Nam

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào

Trang 14

1.4 Hiện trạng phát triển trên thế giới

Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tự động: Đầu những năm 80, Liên Xô ( cũ ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng dụng trong nông nghiệp Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩm của thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo khác

Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tự động mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động tưới nước cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu đầu vào Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét Trước khi robot

tự động vận hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng nhằm xác định lượng nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây Bên cạnh đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp

Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến

Có 2 loại điều khiển: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ

Trang 15

• Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng hồ yêu cầu

• Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời gian

 Bộ điều khiển thời gian và van điện từ

- Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ hoạt động, thời gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới Bộ cảm biến mưa sẽ tự động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm cao

- Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu tưới, để các đầu tưới hoạt động

Hình 1.1.Bộ hẹn giờ và van điều khiển

* Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định giờ tưới, đến giờ hoạt động thì bộ điều khiển sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ

tự động mở ra và cung cấp nước cho các đầu phun Thời gian tưới được cài đặt sẵn theo ý muốn của người sử dụng

Trang 16

1.5 Thực trạng vấn đề tưới cây vụ đông tại Việt Nam

Nước là một yếu tố không thể thiếu trong đời sống của mỗi loa ̣i cây trồng Tùy từng giai đoạn phát triển khác nhau mà nhu cầu cây trồng cần nhiều hay ít nước

Độ ẩm đồng ruộng mà cây rau màu luôn cần ở mức từ 75 - 80% Do đó để rau màu phát triển được thuận lợi nông dân cần chú ý dưỡng ẩm cho cây liên tục nhất

là thời kỳ phát triển thân lá, ra hoa đậu quả và nuôi quả

Hiện nay ở Việt Nam, người nông dân canh tác cây trồng chủ yếu theo phương pháp thủ công Việc cung cấp nước cho cây chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, vì vậy

mà hiệu quả đem lại không cao

Nguyên nhân áp dụng tưới tiết kiệm còn hạn chế chủ yếu là do chi phí đầu tư, nhất là đầu tư ban đầu, đối với công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước còn cao so với thu nhập của người dân và đòi hỏi có một kiến thức, trình độ nhất định khi sử dụng

1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung

Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng từ lâu Tuy nhiên, do giá thành quá cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị đó Vì vậy, chúng

em đã thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm của đất để quyết định nhu cầu tưới cho cây trồng Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa

1.7 Nghiên cứu kỹ thuật chăm sóc cây lạc vào vụ đông

1.7.1 Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc

Mọc mầm 5-7 ngày từ khi gieo hạt 70-80 %

Cây non 30-50 ngày tiếp theo 60-70 %

Trang 17

Qủa đến chín 5-6 ngày tiếp theo 60-70%

Bảng 1.1:Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc vào vụ đông

1.7.2 Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu nhiệt độ của cây lạc

Mọc mầm 5-7 ngày từ khi gieo hạt 25-30 0C

Cây non 30-50 ngày tiếp theo 20-30 0C

Ra hoa 20-25 ngày tiếp theo 24-33 0C

Qủa đến chín 5-6 ngày tiếp theo 25-28 0C

Bảng 1.2: Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu nhiệt độ của cây lạc vào vụ đông

1.7.3 Nhu cầu về phân bón, chất dinh dưỡng của cây lạc

Bón thúc (10-15 ngày sau trồng) 5-10-10 170

Bón thúc(20-25 ngày sau trồng) 5-10-10 170

Bảng 1.3: Nhu cầu về phân bón, chất dinh dưỡng của cây lạc vào vụ đông

1.8 Bài toán điều khiển

Bài toán: Chăm sóc tự động cho cây lạc vụ đông trong môi trường nhà kính Bài toán điều khiển chính ở đây là chúng em đi điều khiển tưới nước và chất dinh dưỡng, cung cấp độ ẩm, nhiệt độ phù hợp thông qua từng giai đoạn phát triển phát cây lạc, bao gồm 4 giai đoạn sau:

+) Giai đoạn 1-Mọc mầm (từ 5-7 ngày):

Trang 18

 Độ ẩm phải đảm bảo luôn giữ trong khoảng 70-80% nếu thấp hơn sẽ bật máy bơm nước, lớn hơn sẽ tắt máy bơm

 Nhiệt độ phải đảm bảo giữ trong khoảng 25-30°Cnếu thấp hơn sẽ bật hệ thống sưởi, lớn hơn sẽ bật hệ thống làm mát

+) Giai đoạn 2- Cây non (30-35 ngày tiếp theo):

 Độ ẩm đảm bảo luôn giữ trong khoảng 60-70% nếu thấp hơn sẽ bật bơm, cao hơn sẽ tắt bơm

 Nhiệt độ phải đảm bảo giữ trong khoảng 20-30°C nếu thấp hơn sẽ bật hệ thống sưởi, lớn hơn sẽ bật hệ thống làn mát

 Chất dinh dưỡng cần cung cấp trong giai đoạn này:

- Từ 10-15 ngày sau trồng lượng NPK phải bón là 170kg/ha

- Từ 20-25 ngày sau trồng lượng NPK phải bón là 170kg/ha

+) Giai đoạn 3- Ra hoa (20-25 ngày tiếp theo):

 Nhiệt độ phải đảm bảo giữ trong khoảng 24-33°C nếu thấp hơn sẽ bật hệ thống sưởi, lớn hơn sẽ bật hệ thống làm mát

+) Giai đoạn 4- Quả đến chín (5-6 ngày tiếp theo):

 Nhiệt độ phải đảm bảo giữ trong khoảng 25-28°C nếu thấp hơn sẽ bật hệ thống sưởi, lớn hơn sẽ bật hệ thống làm mát

1.9 Phân tích các phương án điều khiển

Đối với bài toán: Thông qua các cảm biến và máy tính mà ta có thể điều khiển hoạt động tưới và chăm sóc cây một cách tự động Chúng em dùng vi điều khiển

để điều khiển hệ thống qua các khối chấp hành là rơ lơ để đóng cắt quạt và sò (nóng-lạnh) và van điện từ để đóng cắt máy bơm nước và chất dinh dưỡng

Trang 19

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ HÌNH 2.1 Thiết kế mạch

Thiết kế mạch điều khiển có chức năng thực hiện điều khiển đóng ngắt thiết

bị điện tự động thông qua cảm biến đo độ ẩm đất

Hệ thống được thiết kế gồm 4 khối:

 Khối điều khiển chính

 Khối cảm biến

 Khối khối giao tiếp máy tính

 Khối công suất

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống

Trang 20

2.1.1 Sơ đồ khối của mạch

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống

Chức năng của từng khối:

• Khối xử lý trung tâm: Vi điều khiển PIC 18F2580 I/SP điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch là nhận dữ liệu giải mã tín hiệu độ ẩm Đưa hiển thị lên các LCD sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển bật /tắt (hẹn giờ bật /tắt) thiết bịđiện

• Khối giao tiếp máy tính: Gồm Module wifi ESP8266 giữ vai trò giao tiếp với máy tính

• Khối nguồn nuôi: Là khối cơ bản nhất nó cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch Nó tạo ra điện áp ổn định

Khối điều khiển chính

Khối mạch công suất

( 2 van điện từ,quạt,sòlạnh)

Khối đọc cảm biến

(cảm biến độ ẩm đất)

Khối giao tiếp với máy tính (module wifi ESP 8266) Nguồn nuôi

(DC 24v,DC12v,DC 5v)

Trang 21

• Khối mạch công suất: Van điện từ để đóng /ngắt mạch hoạt động của các thiết

bị điện khối này nhận tín hiệu từ VĐK PIC 18F2580

• Khối đọc cảm biến: Gồm các cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm đất để thu các thông số

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển chính

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chính

Trang 22

Tính chọn thiết bị trong khối điều khiển chính

+) PIC18F2580

Hình 2.4 Sơ đồ chân của PIC 18F2580

Hình 2.5 Hình ảnh thực tế của PIC 18F2580

Cấu trúc vi điều khiển PIC18F2580

Sơ đồ chân của PIC18F2580 được trình bày trên Hình 2.4 và với các đặc điểm

cơ bản như sau :

- PIC18F2580 có tất cả 28 chân

Trang 23

Vpp: Ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho pic

• Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2 có 2 chức năng:

RA0, 1, 2: Ngõ vào xuất/nhập số

AN0, 1, 2: Ngõ vào tương tự của kênh 0, 1, 2

• Chân RA2/AN2/VREF-/VREF+(4): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ 2/ngõ vào điện áp chuẩn thấp bộ AD/ngõ vào điện áp chuẩn cao bộ AD

• Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ngõ vào kênh tương tự 3/ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ AD

• Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ngõ vào xung clock bên ngoài cho TIMER0/ngõ ra bộ so sánh 1

• Chân RA5/AN4/ SS /C2OUT(7): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh 4/ngõ vào lựa chọn SPI phụ/ngõ ra bộ so sánh 2

• Chân RB0/INT(33): xuất nhập số/ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài

• Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số

• Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/cho phép lập trính điện áp thấp ICSP

• Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số

• Chân RB6/PGC(39): xuất nhập số/mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP

• Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP

Trang 24

• Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ngõ vào dao động Timer1/ngõ vào xung clock bên ngoài Timer1

• Chân RC1/T1OSI/CCP2(16): xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer1/ngõ vào capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2

• Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1, ngõ ra Compare1, ngõ

ra PWN1

• Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra chếđộ SPI/ ngõ vào xung clock đồng bộ, ngõ ra chếđộ I2C

• Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/dữ liệu vào SPI/xuất nhập I2C

• Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/dữ liệu ra SPI

• Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/truyền bất đồng bộ USART/xung đồng

bộ USART

• Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/nhận bất đồng bộ USART

• Chân RD0÷ 7/PSP0÷ 7(19÷ 30): xuất nhập số/dữ liệu port song song

• Chân RE0/ RD /AN5(8): xuất nhập số/điều khiển port song song/ngõ vào tương tự kênh 5

• Chân RE1/ WR /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ngõ vào tương tự kênh 6

• Chân RE2/ CS /AN7(10): xuất nhập số/chân chọn lựa điều khiển port song song/ngõ vào tương tự kênh 7

• Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là chân nguồn của Pic

- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chân thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển

- 5 port của PIC18F2580 bao gồm :

+ PORTB : 8 chân

Trang 25

+ PORTD : 8 chân

+ PORTC : 8 chân

+ PORTA : 6 chân

+ PORT E : 3 chân

* Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A

PORTA:PORTA gồm có 6 chân Các chân của PortA, có thể thực hiện được chức

năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữ liệu từ ngoại vi vào vi điều khiển

Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC18F2580 khác với họ 8051 Ở tất cả các PORT của PIC18F2580, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức năng: Xuất hoặc nhập Để chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất hay ngược lại, ta phải xử lý bằng phần mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào là chức năng nhập, lúc nào là chức năng xuất

Trong kiến trúc phần cứng của PIC18F2580, người ta sử dụng thanh ghi TRISA

ở địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên Muốn xác lập các chân nào của PORTA là nhập (input) thì ta “ set bit ’’ tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta “ clear bit ’’ tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA Điều này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :

- Ngõ vào Analog của bộ ADC: thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang Digital

- Ngõ vào điện thế so sánh

Trang 26

- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…

- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)

PORTB: PORTB có 8 chân Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện

được 2 chức năng: input và output Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi TRISB Khi muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong thanh ghi TRISB, ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng trong TRISB

Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển được bằng chương trình

PORT : PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output

dưới sự điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau:

- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng

- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v…

- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

PORTD: PORTD có 8 chân Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và

output của PORTD tương tự như trên PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port)

PORTE: PORTE có 3 chân Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE

Các chân của PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP

Các bộ timer của 18F2580

Bộ vi điều khiển PIC18F2580 có 3 bộ Timer đó là: Timer0, Timer1, Timer2

Trang 27

* Bộ Timer 0: Là bộ định thời hoặc bộ đếm có những ưu điểm nổi bật sau:

+ 8 bit cho timer hoặc bộđếm

+ Có khả năng đọc và viết

+ Có thể dùng đồng hồ bên trong hoặc bên ngoài

+ Có thể chọn cạnh xung của xung đồng hồ

+ Có hệ số chia cho xung đầu vào có thể lập trình lại bằng phần mềm + Ngắt tràn

* Bộ Timer 1: Bộ Timer1 có thể là bộ đếm hoặc bộ định thời với ưu điểm sau:

+ 16 bít cho bộ đếm hoặc bộ định thời (gồm hai thanh ghi MR1H:TMR1L)

* Bộ Timer 2: Bộ Timer 2 có những đặc tính sau đây:

+ 8 bít cho bộ định thời ( thanh ghi TMR2 )

+ 8 bít vòng lặp ( thanh ghi PR2 )

+ Có khả năng đọc và viết ở cả hai thanh ghi nói trên

+ Có khả năng lập trình bằng phần mềm tỷ lệ trước

+ Có khả năng lập trình bằng phần mềm tỷ lệ sau

Hoạt động của bộ Timer 2: timer 2 được dùng chủ yếu ở phần điều chế xung của

bộ CCP, thanh ghi TMR2 có khả năng đọc và viết, nó có thể xóa bằng việc reset lại thiết bị Đầu vào của xung có thể chọn các tỷ lệ sau: 1:1, 1:4 hoặc 1:16 việc chọn các tỷ này có thểđiều khiển các bít sau T2CKPS1và bit T2CKPS0

Trang 28

+) Màn hình LCD 2 dòng 16 ký tự

Sử dụng màn hình tinh thể lỏng LCD loại 2 dòng, 16 kí tự LCD1602 Màn hình LCD đã rất phổ biến trên thị trường và việc lập trình cho nó rất đơn giản thêm vào đó là nó có mặt thẩm mĩ rất cao Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ 2, 5 đến 5V) Có thể hoạt động ở hai chế độ 4 bit hoặc 8 bit

Hình 2.6.Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện

Hình 2.7: Ảnh thực tế LCD 16x02

LCD1602 được ghép nối với vi điều khiển thông qua PortD (RD0 đến RD7 không sử dụng RD3) RD0 nối với chân E, RD1 nối với chân RS, RD2 nối với chân R/W là chân đọc ghi dữ liệu và chân RD4 đến RD7 là chân dữ liệu vào Trong đó:

Trang 29

- VSS là chân nối đất

- VEE chân chọn độ tương phản, chân này được chọn qua 1 biến trở 5K một đầu nối VCC, một đầu nối mát

- Chân VDD nối dương nguồn

- Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): có hai thanh ghi trong LCD

+ Nếu RS=0 ở chế độ ghi lệnh như xóa màn hình,bật tắt con trỏ

+ Nếu RS =1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị kí tự, chữ số lên màn hình

- Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin LCD khi R/W = 1

- Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt

dữ liệu của nó Khi dữ liệu được đến chân dữ liệu thì cần có 1 xung từ mức cao xuống mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ liệu , xung này phải có độ rộng tối thiểu 450ns

- Chân D0 – D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD

+) Module thời gian thực DS1307

DS 1307 là chip thời gian thực hay RTC ( Read time clock) Đây là một IC tích hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tuyệt đối cho thời gian: Thứ, ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây

Hình 2.8: Sơ đồ chân của DS1307

Trang 30

Hình 2.9: Ảnh thực tế Module thời gian thực DS1307

Các chân của nó được mô tả như sau:

- X1 và X2 là đầu vào dao động cho DS1307 Cần dao động thạch anh

32.768Khz

- Vbat là nguồn nuôi cho chip Nguồn này từ 2V-3,5V Đây là nguồn cho chip hoạt động liên tục khi không có nguồn Vcc mà DS 1307 vẫn hoạt động theo thời gian

- Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C Điện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dung chung với vi xử lý Nếu mà Vcc không có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động bình thường nhưng mà không ghi và đọc dữ liệu

- GND là nguồn mass chung cho cả Vcc và Vbat

- SQW/OUT là một ngõ ra phụ tạo xung dao động (xung vuông) Chân này không ảnh hưởng đến thời gian thực nên không sử dụng chân này trong thời gian thực và bỏ trống chân này

- SCL và SDA là 2 bus dữ liệu của DS 1307

Việc ghép nối nó với vi điều khiển khá đơn giản và theo datasheet thì chúng

em đưa ra sơ đồ sau:

Trang 31

Hình 2.10.Sơ đồ kết nối DS1307

- DS1307 nó chỉ giao tiếp với vi điều khiển với 2 đường truyền SCL và SDA nên do đó trên vi xử lý cần phải xác định chân nào trên vi xử lý nó có SCL và SDA để nối với DS1307

+) Module WIFI ESP8266

Đây là module truyền nhận WiFi đơn giản dựa trên chip ESP8266 SoC (System

on Chip)

ESP8266 là một chip tích hợp được thiết kế dùng cho chuẩn kết nối mới Có thể dùng nó để đưa những dự án của bạn kết nối đến Internet Đơn giản nó sử dụng ngõ giao thức nối tiếp với tốc độ Baud 9600(mặc định) Kết nối mạng không dây, giống như một máy chủ hoặc một cầu nối trung gian và có thể download dữ liệu từ Internet

Hình 2.11: Module WIFI ESP8266

Trang 32

 Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

 Wi-Fi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2

 Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V

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

 Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point

Tính năng:

 Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK

 Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP

 Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con

Pin Conecter:

1 VCC: 3.3V lên đến 300mA

2 GND: Mass

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

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

5 RST: chân reset, kéo xuống mass để reset

6 CH_PD: Kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại module

7 GPIO0: kéo xuống thấp cho chế độ update

8 GPIO2: không sử dụng

Trang 33

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến

Tính chọn thiết bị trọng khối cảm biến

+) Cảm biến độ ẩm đất

Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra

sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở Module cảm biến phát hiện độ ẩm đất có thể sử dung tưới hoa tự động khi không

có người quản lý khu vườn của bạn hoặc dùng trong những ứng dụng tương tự như trồng cây

Độ nhạy của cảm biến phát hiện độ ẩm đất có thể tùy chỉnh được (Bằng cách điều chỉnh chiết áp màu xanh trên board mạch)

Trang 34

Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao

+ DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)

+ AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)

Trang 35

Nguyên lý hoạt động

Theo sơ đồ mạch nguyên lý dưới:

Hình 2.14: Sơ đồ mạch nguyên lý của cảm biến độ ẩm đất

Khi module cảm biến độ ẩm phát hiện, khi đó sẽ có sự thay đổi điện áp ngay

tại đầu vào của ic LM393 Ic này nhận biết có sự thay đổi nó sẽ đưa ra một tín

hiệu 0V để báo hiệu và thay đổi như thế nào sẽ được tính toán để đọc độ ẩm đất + Cảm biến độ ẩm đất rất nhạy với độ ẩm môi trường xung quanh, thường được

sử dụng để phát hiện độ ẩm của đất

+ Khi độ ẩm đất vượt quá giá trị được thiết lập, ngõ ra của module D0 ở mức giá trị là 0V

+ Ngõ ra D0 có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển như

(Arduino,PIC,AVR,STM), để phát hiện cao và thấp, và do đó để phát hiện độ

Trang 36

Trang 37

- Nguyên lý hoạt động:

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2

bước:

+ Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại

+ Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt

độ đo được

- Bước 1: gửi tín hiệu Start

+ MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ

ẩm

+ MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào

+ Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11 + Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 ko Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT

- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11

+ DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:

Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

Trang 38

Byte 5 : kiểm tra tổng

Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt

độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa

Sau khi tín hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1 Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us

là 1 Do đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us Nếu giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì giá trị

đo được là 1 Cứ như thế ta đọc các bit tiếp theo

Trang 39

2.1.4 Sơ đồ nguyên lý khối mạch công suất

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý khối công suất

Tính chọn thiết bị trong khối công suất

+)Cách lý quang PC817

-Định nghĩa

+ PC 817 cũng là dạng opto nó hoạt động tượng tự như các opto khác

+ Khi cung cấp 5V vao chân số 1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông,mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC

Trang 40

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	2,61 MB