HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout)

HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ...................

HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu

Nhằm tự động hoá trong việc chăm sóc cây trồng và áp dụng khoa học công nghệvào lĩnh vực trồng trọt Hệ thống tưới cây tự động có thể giúp người trồng tiết kiệmnhiều thời gian hơn trong việc tưới cây, hệ thống có thể phát hiện được khi nàovùng đất xung quanh khu vực gốc cây thiếu nước và tự động tưới cho cây

1.2 Mục đích nghiên cứu

Sử dụng vi điều khiển PIC16F877A và kỹ năng lập trình trên nền tảng lập trìnhCCS compiler để tạo ra hệ thống tưới cây tự động

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Vi điều khiển, cảm biến độ ẩm đất, thu phát RF, LCD

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Mô hình chỉ sử dụng với máy bom công xuất nhỏ 12v, van nước điện từ 12v với 2cảm biến hoạt động từ 0% đến 100% độ ẩm đất

Khoảng cách truyền RF trong phạm vi ngắn

1.5 Kết quả mong muốn

Hệ thống tưới hoạt động khi: Độ ẩm đất ở vị trí đặt cảm biến dưới khoảng giá trị đặttrước thì máy bơm và van nước điện từ tại vị trí đặt cảm biến hoạt động và khi vượtngưỡng giá trị đặt thì hệ thống tắt theo bảng sau:

Cảm biến 1 Cảm biến 2 Động cơ

bơm

Khoá tại vị trí cảm biến 1

Khoá tại vị trí cảm biến 2

Vượt khoảng giá

trị đặt

Vượt khoảng

Dưới khoảng giá

trị đặt

Vượt khoảng

Vượt khoảng giá

trị đặt

Dưới khoảnggiá trị đặt Hoạt động Đóng van Mở van

trị đặt giá trị đặt

Bảng 1-1: Hệ thống tưới mong muốn

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH1.6 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2-1: Sơ đồ khối bên phát

Hình 2-2: Sơ đồ khối bên thu

1.1.1 Khối nguồn

- Khối nguồn cung cấp năng lượng cho toàn hệ thống mạch, trong mô hình hệthống tưới cây tự động ta sử dụng 2 cấp điện áp một chiều là 5v cung cấp toàn

bộ hệ thống, 12v cho động cơ và van nước điện từ

- Nguồn 12v ta lấy trực tiếp từ adapter 12v, nguồn 5v ta sử dụng IC LM7805 để

hạ điện áp từ 12v xuống 5v

+ Chân số 1: Chân ngõ vào điện áp.

+ Chân số 2: Chân nối đất

+ Chân số 3: Chân ngõ ra điện áp ổn định 5V

1.1.2 Khối cảm biến độ ẩm đất

- Để có thể đo được độ ẩm đất tại vị trí cây trồng ta sử dụng cảm biến độ ẩm đất

- Cảm biến độ ẩm đất có cấu trúc 2 thanh kim loại với đầu ra ở vô cùng ohm khi

độ ẩm đất bằng 0% và ngắn mạch khi độ ẩm đất 100% Ngõ ra của cảm biến độ

ẩm đất đo được dưới dạng ohm biến thiên từ vô cùng ohm đến ngắn mạch

Hình 2-4: Cảm biến độ ẩm đất

- Module đọc cảm biến độ ẩm đất cho đầu ra dưới dạng số (chân D0) hoặc tương

tự (chân A0)

Hình 2-5: Module đọc cảm biến độ ẩm đất

- Thông số kỹ thuật module đọc cảm biến độ ẩm đất:

+ Điện áp hoạt động: 3.3v đến 5v

+ IC chính để so sánh điện áp LM393

- Sơ đồ chân module đọc cảm biến độ ẩm đất:

+ Chân + và –: 2 chân gắn vào cảm biến độ ẩm đất

+ Chân GND: Chân nối đất

+ Chân VCC: Chân nối với nguồn

+ Chân D0: Cho đầu ra dưới dạng số

+ Chân A0: Cho đầu ra dưới dạng tín hiệu tương tự

1.1.3 Khối Điều khiển

- PIC16F877A được sử dụng làm vi điều khiển trung tâm cho hệ thống tưới cây tựđộng Từ đọc cảm biến, truyền dữ liệu qua RF, hiển thị dữ liệu qua LCD đếnđiều khiển các thiết bị

- PIC16F877A là dòng PIC khá phổ biến và đầy đủ các tính năng để đáp ứng nhucầu phục vụ thực tế PIC16F877A thuộc dòng PIC16Fxx nên có các thông sốsau:

+ Ngôn ngữ lập trình với 35 tập lệnh và độ dài 14bit

+ Tất cả các câu lệnh đều thực hiện 1 chu kì lệnh ngoại trừ các câu lệnh rẽnhánh thực hiện 2 chu kỳ lệnh 1 chu kỳ lệnh bằng 4 chu kỳ dao động củathạch anh

+ Bộ nhớ chương trình flash 8KB với khoảng 100 ngàn lần ghi xoá

 Timer 0, 2: 8 bit với chức năng định thời và bộ đếm

 Timer 1: 16 bit với chức năng định thời và bộ đếm

+ Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

+ Hỗ trợ một số chuẩn giao tiếp như SPI, I2C, USATR

Hình 2-6: PIC16F877A [2]

Hình 2-7: Sơ đồ chân PIC16F877A

- Sơ đồ chân PIC16F877A gồm 40 chân trong đó:

Tên chân số chân vị trí chân Tính năng chân

OSC1, OSC2 2 13, 14 2 chân nối với thạch anh ngoại.PORT A 6 2, 3, 4, 5, 6, 7 I/O analog

I/O digital

chuyển đồi ADC

- Ở đề tài này ta chọn LCD 16x2 với độ rộng hiển thị là 16 hàng, 2 cột.

- Các thông số hoạt động của LCD16x2:

+ Điện áp hoạt động: Từ 2.7v đến 5.5v

+ Dòng điện hoạt động: Từ 350uA đến 600uA

+ Nhiệt độ hoạt động: Từ -30oc đến 75oc

o RS =1: D0 đến D7 sẽ nối vớithanh ghi DR của LCD.

o RW = 0: Chọn chế độ ghi.

o RW =1: Chọn chế độ đọc

Chân cho phép:

o Chế độ ghi LCD cho phép truyền

dữ liệu khi có xung clock cạnhxuống

Bảng 2-4: Sơ đồ chân LCD 16x2

1.1.5 Khối phát và thu RF

- Để truyền thông tin tình trạng máy bơm và các van nước điện từ hoạt động ra

sao về trung tâm điều khiển ta sử dụng module thu phát RF đơn giản với 2 ICchính để mã hoá là IC PT2262 và giải mã hoá là IC PT2272

- Khoảng cách truyền tối đa giữa 2 module PT2262 và PT2272 là 30m khi không

có vật cản

- Module PT2262:

+ Dữ liệu và mã hóa truyền trên một khung 12 bit gồm 8 bit đầu là mã hóa (A0đến A7) và 4 bit dữ liệu Vì thế bạn có thể truyền song song 4 bit dữ liệu Để

truyền dữ liệu bạn nên mặc định ban đầu chân dữ liệu kéo lên hoặc kéoxuống để chống nhiễu.

Hình 2-12: Sơ đồ chân IC PT2262

Tên chân Vị trí chân Chức năng

D0 đến D3 13, 12, 11, 10 4 bit đầu vào tổ hợp mã dữ liệu

TE 14 Chân quy định dạng truyền của tín

hiệu đầu ra

OSC1, OSC2 15, 16 Tạo tần số sóng mang sử dụng 1 điện

trở 4.7MΩ

Bảng 2-5: Sơ đồ chân IC PT2262

- Module PT2272:

+ Là module giải mã của PT2262 nó cũng có 8 địa chỉ giải mã tương ứng và 4

dữ liệu ra dạng song song với 1 chân báo hiệu mã đúng

+ Cách giải mã: Chân 15 và 16 cần 1 điện trở R bằng 1/10 điện trở mắc ở chân

15 và 16 của IC PT2262 là 470KΩ để tạo dao động Các chân mã hoá của ICPT2262 bỏ trống thì các chân mã hoá của IC PT2272 cũng bỏ trống

Hình 2-13: Module thu RF PT2272

Hình 2-14: Sơ đồ nguyên lý module thu RF PT2272 [5]

+ Sơ đồ chân IC PT2272:

Hình 2-15: Sơ đồ chân IC PT2272

Tên chân Vị trí chân Chức năng

Bảng 2-6: Sơ đồ chân IC PT2272

1.1.6 Khối điều khiển động cơ và van nước điện từ

- Để khuếch đại điện áp ngõ ra của vi điều khiển để điều khiển động cơ và vannước điện từ ta sử dụng mạch Relay với linh kiện chính là Opto PC817,transistor C1815 và relay

Hình 2-16: Opto PC817

Hình 2-17: Sơ đồ chân opto PC817 [6]

+ Sơ đồ chân:

 Chân 1, 2: Hai chân của diode hồng ngọai

 Chân 3, 4: Hai chân ra của photo transistor

+ Để relay có thể hoạt động ta sử dụng transistor như một công tắt bán dẫn đểđiều khiển đóng ngắt.

+ Thông số kỹ thuật :

 Điện áp cực đại : 50v

 Dòng điện cực đại : 150mA

 Hệ số khuếch đại điện áp : 25 đến 100

+ C1815 hoạt động phụ thuộc vào sự phân cực trên chân B của transistor :

 Khi chân B được kích ở mức cao thì xuất hiện dòng CE chạy từ C xuống

E làm cho kín mạch

 Khi chân B được kích ở mức thấp thì không xuất hiện dòng CE làm cho

hở mạch

Hình 2-18: Transistor C1815 [7]

Hình 2-19: Sơ đồ chân transistor C1815

+ Sơ đồ chân :

 Chân 1: Chân B của transistor

 Chân 2: Chân E của transistor

 Chân 3: Chân C của transistor

- Relay :

+ Relay là một linh kiện giúp đóng mở với công suất lớn Với cấu tạo là 1 cuộnhút điện từ và 2 cặp tiếp điểm thường đóng và thường hở

+ Thông số kỹ thuật :

 Điện áp điều khiển : 5v

 Chịu tải ngõ ra : Dòng 7A và áp lên đến 250v xoay chiều

Hình 2-20: Relay 5v [6]

Hình 2-21: Sơ đồ chân relay 5v

+ Sơ đồ chân :

 Chân 4, 5 : 2 chân của nam châm điện từ

 Chân 1, 2 : Cặp tiếp điểm thường đóng

 Chân 1, 3 : Cặp tiếp điểm thường mở

1.7 Sơ đồ nguyên lý

1.1.7 Sơ đồ nguyên lý bên phát

Hình 2-22: Mạch nguyên lý bên phát

1.1.8 Sơ đồ nguyên lý bên thu

Hình 2-23: Mạch Nguyên lý bên thu

1.8 Thiết kế mạch in

1.1.9 Mạch in bên phát

Hình 2-24: Sơ đồ mạch in bên phát

1.1.10 Mạch in bên thu

Hình 2-25: Sơ đồ mạch in bên thu

1.9 Thi công phần cứng

1.1.11 Mạch bên phát

Hình 2-26: Mạch bên phát sao khi hoàn thành

1.1.12 Mạch bên thu

Hình 2-27: mạch bên thu sao khi hoàn thành

CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN

+ Khi cấp nguồn 12v cho mạch bên phát thì IC LM7805 hạ áp và ổn áp 5v cấpnguồn cho vi điều khiển, cảm biến độ ẩm đất, LCD, module phát RF và hệthống Relay hoạt động Vi điều khiển cho phép nhập khoảng giá trị đặt tưới

từ 2 nút nhấn kết nối với chân B3 và B4 của vi điều khiển ( Nút nhấn nối vớichân B3 để đếm lên và nút nhấn nối với chân B4 để đếm xuống) 2 cảm biến

độ ẩm đất đo độ ẩm ở khu vực đất cần tưới được nối với 2 chân A0 và A1của vi điều khiển( cảm biến 1 nối với A0, cảm biến 2 nối với A1) Khoảnggiá trị đặt tưới sẽ được hiển thị trên dòng thứ nhất và giá trị của 2 cảm biến

độ ẩm đất hiển thị trên dòng thứ 2 của LCD Giá trị độ đẩm đất được so sánhvới giá trị đặt tưới để điều khiển động cơ và 2 van nước điện từ theo bảng 1-

1 Và RF sẽ truyền thông tin tình trạng tưới qua mạch thu RF

- Mạch bên thu:

+ Khi cấp nguồn cho mạch bên thu IC LM7805 hạ áp và ổn áp 5v cấp nguồncho vi điều khiển, module thu RF, và LCD hoạt động Khi RF nhận được tínhiệu bên phát và hiển thị ra LCD theo bảng sau:

Mạch bên phát Mạch bên thu

Động cơ bơm Van tại vị trí cảm

biến 1

Van tại vị trí cảm biến 2 LCD hiển thị

Bảng 3-7: Tình trạng máy bơm bên thu nhận được

1.11 Lưu đồ giải thuật

Hình 3-28: Lưu đồ nút nhấn đếm lên

Hình 3-29: Lưu đồ nút nhấn đếm xuống

Hình 3-30: Lưu đồ chế độ tắt

Hình 3-31: Lưu đồ chế độ tưới tất cả

Hình 3-32: Lưu đồ chế độ đóng van nước 1

Hình 3-33: Lưu đồ chế độ đóng van nước 2

Hình 3-34: Lưu đồ thu tín hiệu từ bên phát và hiển thị LCD

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM1.12 Các bước thực nghiệm

- Bước 1: Kết nối động cơ bơm với ngõ ra relay 1, van nước điện từ 1 với ngõ ra.relay 2: Van nước điện tử 2 với ngõ ra relay 3.

- Bước 2: Cấp nguồn 12v cho mạch bên phát và bên thu

- Bước 3: Chỉnh giá trị đặt tưới phù hợp

- Bước 4: So sánh giá trị đặt tưới với 2 cảm biến xem hệ thống bơm có hoạt độngđúng theo yêu không

- Bước 5: Kiểm tra mạch bên thu hiển thị tình trạng hệ thống tưới có đúng nhưbên phát đang hoạt động không

Đo tại chân 11, 12 của PIC 4.6v

Đo tại chân nguồn của cảm biến 4.5v

Đo tại chân 1, 2 của LCD 4.5v

Đo tại chân nguồn của module phát RF 4.6vbên

thu

Đo tại chân 1, 2 của LCD 4.7

Đo tại chân nguồn của module thi RF 4.7

Bảng 4-8: Điện áp đo thực nghiệm

- Hệ thống khi mới khởi động

- Giả sử chỉnh giá trị tưới bằng 63% là phù hợp với cây trồng ta đo được.

+ Hệ thống hoạt động khi độ ẩm đất dưới ngưỡng 63%

Hình 4-38: Hệ thống tưới đóng van 2

+ Hệ thống hoạt động khi cả hai cảm biến đều đo được giá trị trên 63%

Hình 4-39: Hệ thống tưới tất cả

1.14 Kết luận thực nghiệm

Hệ thống hoạt động ổn định đúng yêu cầu đề tài đặt ra RF thu phát truyền tín hiệutốt Các ngõ ra động cơ van nước điện từ hoạt động tốt

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

1.15 Ưu điểm

- Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, đúng yêu cầu đề tài

- Mạch đơn giản dễ sử dụng và có thể áp dụng vào thực tiễn đời sống

1.17 Hướng phát triển

Từ hệ thống này, ta có thể phát triển thêm nhiều tính năng mới đáp ứng những yêucầu phức tạp hơn của đời sống cũng nhưng tính ứng dụng thực tế cao hơn và đadạng hơn trong việc trồng trọt bằng cách sử dụng những vi điều khiển có tốc độ xử

lí cao hơn Thay thế RF thông thường bằng hệ thống truyền qua wifi và sử dụng cácthiết bị điều khiển động cơ có công suất cao hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

#define LCD_RS_PIN PIN_d1

#define LCD_RW_PIN PIN_d2

#define LCD_ENABLE_PIN PIN_d3

#define LCD_DATA4 PIN_d4

#define LCD_DATA5 PIN_d5

#define LCD_DATA6 PIN_d6

#define LCD_DATA7 PIN_d7

#define batmaybom output_high(PIN_b0)

#define tatmaybom output_low(PIN_b0)

#define batkhoa1 output_high(PIN_b1)

#define tatkhoa1 output_low(PIN_b1)

#define batkhoa2 output_high(PIN_b2)

#define tatkhoa2 output_low(PIN_b2)

#define khongtuoi 0x0a

#define LCD_RS_PIN PIN_d7

#define LCD_RW_PIN PIN_d6

#define LCD_ENABLE_PIN PIN_d5

#define LCD_DATA4 PIN_d4

#define LCD_DATA5 PIN_d3

#define LCD_DATA6 PIN_d2

#define LCD_DATA7 PIN_d1

#include <lcd.c>

#define khongtuoi 0x0a

#define tuoi1 0x0b

#define tuoi2 0x0c

unsigned int8 dem=0;