THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG ĐƯỢC GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUA INTERNET

Đề tài ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời thông qua việc sử dụng tấm pin mặt trời biến ánh sáng mặt trời thành điện năng điều khiển hệ thống tưới nhỏ giọt. Hệ thống tưới nhỏ giọt gồm 3 phần chính: phần cơ khí, phần điện tử và phần Web điều khiển. Phần cơ khí gồm khung mô hình, hộp điều khiển, dàn ống nước. Phần điện tử gồm các vi mạch điều khiển từ xa, mạch điều khiển van, mạch đo nhiệt độ, độ ẩm. Phần Web bao gồm trang Web điều khiển từ xa qua Internet.

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG ĐƯỢC

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUA INTERNET

Tác giả

VŨ HUỲNH ĐỨC TÀINGUYỄN MINH VƯƠNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin trân trọng cám ơn tất cả quý Thầy, Cô trường Đại Học Nông Lâm

Tp Hồ Chí Minh và quý Thầy, Cô khoa Cơ khí – Công nghệ đã trang bị cho chúng emnhững kiến thức quý báu trong quá trình học tập tại trường

Chúng em xin chân thành cám ơn các Thầy, Cô bộ môn Cơ điện tử đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em rất tận tình trong quá trình chúng em làm đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Phúc đã dành nhiều thời gian côngsức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở chúng em hoànthành tốt luận văn này

Qua đây, chúng em xin gửi lời cám ơn đến những người thân cũng như bạn bè đãđộng viên, ủng hộ và luôn tạo cho chúng em những điều kiện thuận lợi trong quá trình hoàn thành Luận Văn Tốt Nghiệp

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 06 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Vũ Huỳnh Đức Tài – Nguyễn Minh Vương

TÓM TẮT

Đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG ĐƯỢCGIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUA INTERNET” là đề tài nghiên cứu, chế tạo vimạch để giám sát và điều khiển van từ xa qua Internet, qua đó còn giúp bà nông dânquản lý được lượng nước tưới cho mỗi loại cây trồng khác nhau

Thời gian nhận đề tài là ngày 11-1-2013 Ngày chúng em bắt đầu bắt tay vào làm

là ngày 25-2-2013 Ngày hoàn thành ngày 1-5-2013 Đề tài được thực hiện tại nhà củabạn Tài

Nội dung sơ lược của đề tài như sau: Đề tài ứng dụng nguồn năng lượng mặt trờithông qua việc sử dụng tấm pin mặt trời biến ánh sáng mặt trời thành điện năng điềukhiển hệ thống tưới nhỏ giọt Hệ thống tưới nhỏ giọt gồm 3 phần chính: phần cơ khí,phần điện tử và phần Web điều khiển Phần cơ khí gồm khung mô hình, hộp điềukhiển, dàn ống nước Phần điện tử gồm các vi mạch điều khiển từ xa, mạch điều khiểnvan, mạch đo nhiệt độ, độ ẩm Phần Web bao gồm trang Web điều khiển từ xa quaInternet

Nội dung luận văn gồm 4 chương:

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Mặc dù là kết quả tâm huyết của hơn 2 tháng làm việc nhưng có thể sẽ khôngtránh được những sai sót, xin quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Mục đích nghiên cứu 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

1.3 Ý nghĩa thực tiễn 2

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về pin năng lượng mặt trời 3

2.1.1 Hệ thống pin năng lượng mặt trời 3

2.1.2 Thiết kế một hệ thống pin mặt trời 3

2.1.3 Ứng dụng pin mặt trời 6

2.2 Tổng quan về hệ thống tưới nhỏ giọt hiện nay 8

2.2.1 Tổng quan về tưới nhỏ giọt 8

2.2.2 Những lợi ích của tưới nhỏ giọt 10

2.2.3 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt kiểu Israel 10

2.2.4 Áp dụng vào Việt Nam 11

2.3 Tổng quan về mạng Internet 12

2.3.1 Giới thiệu 12

2.3.2 Hoạt động của mạng Internet 12

2.3.3 Kết nối Internet 13

2.3.4 Giao thức TCP/IP 14

2.4 Giới thiệu bộ thư viện TCP/IP stack của Microchip 14

2.4.1 Sơ lược về TCP/IP Stack của Microchip 14

2.4.2 Sử dụng TCP/IP stack 16

2.5 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đồ án 23

2.5.1 Vi điều khiển PIC 18F97J60 23

2.5.2 Nguyên lý và cấu tạo của van điện từ (van 2/2) 27

2.5.3 Cảm biến nhiệt độ LM 35 28

2.5.4 Cảm biến độ ẩm 29

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

3.1 Nội dung 32

3.2 Phương pháp nghiên cứu 32

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống 33

4.2 Kết quả thiết kế phần cơ khí 34

4.2.1 Bản vẽ thiết kế mô hình 34

4.2.2 Một số hình ảnh mô phỏng trên phần mềm Inventor 34

4.2.3 Mô hình thực tế 36

4.3 Kết quả thiết kế phần điện tử 38

4.3.1 Hộp điều khiển 38

4.3.2 Mạch điều khiển qua Internet sử dụng PIC 18F97J60 39

4.3.3 Mạch điều khiển van và cài đặt thời gian sử dụng PIC 16F887 42

4.3.4 Mạch công suất relay 45

4.3.5 Mạch đo độ ẩm HS1101 46

4.4 Kết quả thiết kế phần Web 48

4.4.1 Giám sát nhiệt độ và độ ẩm từ xa qua Internet 48

4.4.2 Điều khiển, giám sát trạng thái và cài đặt thời gian qua Internet 49

4.4.3 Code thiết kế WEB trên Adobe DreamWeaver CS5 50

4.5 Tóm tắt kết quả đạt được 50

4.6 Kết quả khảo nghiệm lưu lượng nước tưới tại mỗi đầu nhỏ giọt 51

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.1.1 Phần cơ khí 54

5.1.2 Phần điện tử 54

5.2 Đề nghị hướng phát triển 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

1.1 Mô hình điều khiển qua mạng LAN 57

1.2 Mô hình điều khiển qua mạng Internet 58

1.3 Hướng dẫn cách tạo một trang WEB 62

1.4 Code thiết kế WEB trên Adobe DreamWeaver CS5 63

1.5 Code mạch điều khiển PIC 16F887 67

1.6 Code mạch Internet PIC 18F97J60 72

1.7 Code mạch độ ẩm HS1101 76

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- AJAX (Asynchronous JavaScript And XML)

- ARP (Address Resolution Protocol)

- CSS (Cascading Style Sheets)

- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

- DNS (Domain Name System)

- FTP (File Transfer Protocol)

- HTML (Hyper Text Markup Language)

- HTTP (Hyper text Transfer Protocol)

- ICMP (Internet Control Message Protocol)

- IP (Internet Protocol)

- LAN (Local Area Network)

- MAC (Media Access Control)

- MPFS (Microchip File System Store)

- SNMP (Simple Network Management Protocol)

- TCP (Transmission Control Protocol)

- UDP (User Datagram Protocol)

- LED (Light Emitting Diode)

- LCD (Liquid Crystal Display)

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các giá trị cấu hình Stack 16

Bảng 2.2: Các module và tập tin cần thiết trong Stack 17

Bảng 2.3: Mô tả các chân của PIC18F97J60 được sử dụng trong đồ án 24

Bảng 2.4: Bảng quy đổi tần số sang độ ẩm 31

Bảng 4.1: Bảng số liệu khảo sát tại mỗi đầu tưới nhỏ giọt 52

Bảng 4.2: Bảng số liệu kiểm chứng Vout 53

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Thành phần của một hệ thống pin mặt trời 3

Hình 2.3: Acquy khô kín hiệu K&V 5

Hình 2.4: Bộ điều khiển quá trình nạp acquy Việt Linh 5

Hình 2.5: Inverter của Việt Linh 6

Hình 2.6: Trạm vũ trụ ISS 6

Hình 2.7: Mặt trời được ứng dụng tại các hộ gia đình và trong nông nghiệp 7

Hình 2.8: Một cuộc thi thiết kế xe chạy bằng năng lượng mặt trời cho sinh viên 7

Hình 2.9: Vùng rễ tích cực tập trung 8

Hình 2.10: Lợi ích của vùng khô 8

Hình 2.11: Lợi ích của vùng ướt 9

Hình 2.12: Vùng ướt theo từng loại đất 9

Hình 2.13: Thành phần trong đất 10

Hình 2.14: Công nghệ hiện đại được Israel ứng dụng nhiều trong nông nghiệp 10

Hình 2.15: Nhà kính trồng rau tại Israel 11

Hình 2.16: Tưới nước tiết kiệm ở Việt Nam 11

Hình 2.17: Kiến trúc TCP/IP 14

Hình 2.18: Quá trình làm việc của HTTP2 server 17

Hình 2.20: Cú pháp chèn Javascript vào HTML 21

Hình 2.21: Cú pháp chèn CSS vào HTML 22

Hình 2.22: Sơ đồ chân PIC18F97J60 24

Hình 2.23: Van điện từ 2/2 27

Hình 2.24: Sơ đồ cấu tạo van điện từ 27

Hình 2.25: LM35 29

Hình 2.26: Cảm biến độ ẩm HS1101 30

Hình 2.27: Sơ đồ IC555 tạo dao động 30

Hình 4.1: Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống 33

Hình 4.2: Khung mô hình 34

Hình 4.3: Mặt bên, mặt trước và mặt nghiêng của mô hình 34

Hình 4.4: Mặt trước và mặt sau của mô hình 35

Hình 4.5: Pin mặt trời, van điện từ và đầu tưới nhỏ giọt (từ trái qua phải) 35

Hình 4.6: Bánh xe và bình chứa nước 35

Hình 4.7: Khung mô hình lúc bắt đầu lắp ráp 36

Hình 4.8: Cách bố trí van điện từ trong hệ thống 37

Hình 4.9: Đầu tưới nhỏ giọt trong mô hình 37

Hình 4.10: Mô hình hoàn thiện 37

Hình 4.11: Giao diện hộp điều khiển thực tế 38

Hình 4.12: Cách bố trí sơ đồ mạch điện trong hộp điều khiển 38

Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển từ xa qua Internet 39

Hình 4.14: Layout mạch điều khiển từ xa qua Internet 39

Hình 4.15: Mạch thực tế điều khiển từ xa qua internet 40

Hình 4.16: Lưu đồ giải thuật PIC 18F97J60 41

Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển van, cài đặt thời gian và đo nhiệt độ 42

Hình 4.18: Layout mạch điều khiển van, cài đặt thời gian và đo nhiệt độ 42

Hình 4.19: Mạch thực tế điều khiển van và cài đặt thời gian với module led 7 đoạn 43

Hình 4.20: Lưu đồ giải thuật tăng giảm thời gian PIC 16F887 44

Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý tổng thể mạch relay 45

Hình 4.22: Layout tổng thể mạch relay 45

Hình 4.23: Mạch thực tế của relay 46

Hình 4.24: Sơ đồ nguyên lý mạch độ ẩm HS1101 46

Hình 4.25: Layout mạch độ ẩm HS1101 47

Hình 4.26: Mạch thực tế độ ẩm HS1101 47

Hình 4.29: Giao diện Web điều khiển ở chế độ chỉnh tay – mở 2 van 49

Hình 4.30: Hiển thị thông báo lỗi khi đường truyền bị gián đoạn 50

Hình 4.31: Ống kim tiêm y tế 51

Hình 4.32: Biểu đồ so sánh số liệu Vout giữa thực tế và lý thuyết 53

Hình 1: Mô hình điều khiển qua mạng LAN 57

Hình 2: Mô hình điều khiển qua mạng Internet 58

Hình 4: Tab Advanced Setup 59

Hình 5: Tab NAT 60

Hình 6: Giao diện Virtual Server 60

Hình 7: Giao diện Status 61

Hình 8: Giao diện MPFS2 62

nó Song song với sự ra đời của cơ điện tử là sự ra đời và cải tiến không ngừng củamáy tính Xuất phát từ thực tế đó, bằng những kiến thức đã được học và sự giúp đỡ

của thầy cô, chúng em đã quyết định tìm hiểu về đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình hệ

thống tưới tự động được giám sát và điều khiển qua Internet” nhằm ứng dụng khoa học

và công nghệ phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững Thiết nghĩ, đây là mô hìnhtưới tiết kiệm nước cho cây trồng thích hợp, hiệu quả hơn trong việc kiểm soát lưulượng tưới, phù hợp với điều kiện thiếu nước trong mùa khô và vấn đề thuê nhân cônglao động, chi phí đầu tư trung bình, khá phù hợp với túi tiền nông dân và hỗ trợ rấtnhiều cho người dân nông thôn Và quan trọng hơn hết là mô hình còn áp dụng côngnghệ điều khiển từ xa qua Internet, giúp cho việc quản lý tưới tiêu từ xa, không cònphải vất vả như trước

1.2 Mục tiêu đề tài

- Tìm hiểu về hệ thống tưới nhỏ giọt

- Thiết kế và mô phỏng động trên Inventor

- Thiết kế, chế tạo mô hình

- Tìm hiểu vi điều khiển PIC 18F97J60 và PIC 16F887

- Tìm hiểu về lập trình Web bằng ngôn ngữ HTML

- Thiết lập phương trình tính toán lưu lượng tưới phù hợp từng loại cây trồngkhác nhau.

- Về mặt thực tiễn, đề tài ứng dụng điều khiển từ xa rất thiết thực với những kỹ

sư ngành cơ điện tử khi muốn điều khiển những hệ thống lớn trong nhà máy và

xí nghiệp, trong những hệ thống có tính công nghệ cao

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về pin năng lượng mặt trời.

2.1.1 Hệ thống pin năng lượng mặt trời

Hình 2.1: Thành phần của một hệ thống pin mặt trời.

Hệ thống pin mặt trời là một hệ thống bao gồm một số các thành phần như: cáctấm pin mặt trời, các tải tiêu thụ điện, các thiết bị lưu trữ điện năng (acquy) và các

thiết bị điều phối điện năng…

2.1.2 Thiết kế một hệ thống pin mặt trời

Thiết kế một hệ thống pin mặt trời là xây dựng một quan hệ tương thích giữa cácthành phần của hệ về mặt định tính và định lượng để đảm bảo hiệu quả cao

2.1.2.1. Sơ đồ khối

Từ sự phân tích các yêu cầu và các đặc trưng của các phụ tải điện ta sẽ chọn một sơ đồkhối thích hợp

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời

2.1.2.2. Tính toán nguồn điện pin mặt trời

Có nhiều phương pháp tính toán nhưng thông dụng nhất chủ yếu dựa trên sự cânbằng điện năng trung bình hằng ngày

 Tính phụ tải điện theo yêu cầu

Giả sử hệ cần cấp điện cho các tải T1, T2, T3,… có các công suất tiêu thụ tươngứng P1, P2, P3,… và thời gian làm việc hàng ngày của chúng là t1, t2, t3,…

Tổng điện năng phải cấp hằng ngày cho các tải:

 Tính năng lượng điện mặt trời cần thiết E c

Năng lượng hằng ngày dàn pin mặt trời cần phải cấp cho hệ được xác định theocông thức:

η 1 : hiệu suất thành phần thứ nhất (ví dụ: bộ biến đổi điện)

η 2 : hiệu suất thành phần thứ hai (ví dụ: bộ điều khiển)

η 3 : hiệu suất nạp phóng điện acquy

 Công suất dàn pin mặt trời

Công suất của dàn pin mặt trời thường được tính ra công suất đỉnh hay cực đại(Peak Watt, Wp), là công suất của dàn pin trong điều kiện chuẩn

E(℘,T )=Ec∗1000

η(T )∗E β

Trong đó :

E β cường độ bức xạ trên mặt phẳng đặt nghiêng một góc β so với mặt phẳng ngang

η (T)T) là hiệu suất của pin ở nhiệt độ T.

 Tính dung lượng bộ acquy

Dung lượng của bộ acquy được tính theo công thức:

C = D∗E out

D: số ngày cần dự trữ năng lượng (số ngày không có nắng)

ηb: hiệu suất nạp phóng điện của acquy.

DOS: độ sâu phóng điện thích hợp (khoảng 0,6 - 0,7)

Hình 2.3: Acquy khô kín hiệu K&V.

2.1.2.3 Các bộ điều phối năng lượng

Các bộ điều phối năng lượng gồm bộ điều khiển quá trình nạp, phóng điện choAcquy và bộ biến đổi DC/AC

Bộ điều khiển là thiết bị có chức năng kiểm soát tự động các quá trình nạp vàphóng điện của bộ acquy Bộ điều khiển theo dõi trạng thái của acquy thông qua cáctín hiệu đèn báo trên bộ điều khiển

Hình 2.4: Bộ điều khiển quá trình nạp acquy Việt Linh.

Bộ biến đổi điện (inverter) có chức năng biến đổi dòng điện một chiều từ dàn pinmặt trời hoặc từ bộ acquy thành dòng điện xoay chiều

Hình 2.5: Inverter của Việt Linh 2.1.3 Ứng dụng pin mặt trời

Hình 2.6: Trạm vũ trụ ISS.

Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ đâu có ánh sáng mặt trời,thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, đặc biệt là tronglĩnh vực hàng không vũ trụ Ứng dụng của pin mặt trời phát triển rất nhanh, nhất là ởcác nước phát triển Ngày nay pin mặt trời được ứng dụng trong nhiều dụng cụ cá nhânnhư máy tính, đồng hồ và các đồ dùng hằng ngày thay thế dần nguồn năng lượngtruyền thống

Hình 2.7: Mặt trời được ứng dụng tại các hộ gia đình và trong nông nghiệp

Hình 2.8: Một cuộc thi thiết kế xe chạy bằng năng lượng mặt trời cho sinh viên

Ngày nay hệ thống giáo dục nước ta đang tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận vớinăng lượng mặt trời thông qua các cuộc thi

Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện xây dựngcáctrạm điện dùng pin mặt trời phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địaphương vùng sâu, vùng xa nhất là đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên Tuynhiên giá thành của pin mặt trời còn quá cao so với thu nhập của người dân, nên việc

sử dụng năng lượng mặt trời rộng rãi còn hạn chế

2.2 Tổng quan về hệ thống tưới nhỏ giọt hiện nay

2.2.1 Tổng quan về tưới nhỏ giọt

 Nguyên lý của tưới nhỏ giọt

Hình 2.9: Vùng rễ tích cực tập trung

Vùng rễ tích cực tập trung Rễ tập trung trong vùng đất xác định và qua đó tiếtkiệm được năng lượng của cây trồng Nâng cao hiệu quả của việc hấp thu nước và chấtdinh dưỡng Phát triển độ ẩm và độ thông thoáng tối ưu cho đất

Hình 2.10: Lợi ích của vùng khô

Những lợi ích của vùng khô Giảm sự phát triển của cỏ dại Giảm chi phí nhâncông, máy móc và chi phí diệt cỏ dại Tạo sự di chuyển dễ dàng cho nhân công và máymóc trong diện tích trồng trọt Ngăn ngừa sự xói mòn giữa các cây trồng.

Những lợi ích của vùng ướt Duy trì ẩm độ liên tục dọc theo rễ cây trồng Cho phép không khí duy trì trong vùng ướt Tập trung rễ tích cực của cây trồng trong vùng ướt Dải ướt liên tục sẽ tạo ra khối lượng cho rễ tích cực của cây Ngăn ngừa sự phát triển độ mặn của đất trong vùng ướt

Hình 2.11: Lợi ích của vùng ướt

Vùng ướt theo từng loại đất Hình dạng của vùng ướt tuỳ thuộc vào đặc tính cấutạo của đất Đối với đất nhẹ, nước phân bổ hẹp và sâu hơn Đối với đất nặng, nướcphân bổ có hình giống như hình cầu

Hình 2.12: Vùng ướt theo từng loại đất

Khoảng cách giữa đầu nhỏ giọt trên ống nhỏ giọt

- Yêu cầu khoảng cách dripper cho đất nặng: 0.50 - 1.00 m.

- Yêu cầu khoảng cách dripper cho đất vừa : 0.30 - 0.50 m

- Yêu cầu khoảng cách dripper cho đất nhẹ : 0.20 - 0.30 m

Khoảng cách đầu nhỏ giọt phải được cân nhắc với kết cấu đất và yêu cầu của câytrồng

2.2.2 Những lợi ích của tưới nhỏ giọt

Tưới nhỏ giọt với lưu lượng thấp mang lại:

 Độ ẩm đất đồng đều và tối ưu

 Tạo sự thông thoáng hoàn hảo cho đất

 Nâng cao hiệu quả sử dụng nước

 Nâng cao hiệu quả hấp thu dinh dưỡng

Hình 2.13: Thành phần trong đất 2.2.3 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt kiểu Israel

Bí quyết của nông dân Israel là phát triển những công nghệ và thiết bị hiện đạinhư tưới nhỏ giọt, sử dụng các van điều khiển tự động, lọc nhiều tầng, dùng vòi phun

áp lực thấp và phun mưa loại nhỏ Nhờ tưới nhỏ giọt, nông dân tiết kiệm được 60%lượng nước

Hình 2.14: Công nghệ hiện đại được Israel ứng dụng nhiều trong nông nghiệp

Các cánh đồng của Israel được trang bị mạng lưới đường ống dẫn nước, có cácống nhỏ như mao mạch dẫn tới từng gốc cây Hệ thống này được điều khiển bằng máytính, tự động đóng mở van tưới khi độ ẩm của rễ cây đạt tới mức nhất định Hệ thốngtưới nhỏ giọt này còn kiêm luôn nhiệm vụ bón phân Người ta pha phân bón vào bểchứa nước và phân bón theo mạng lưới tới từng bộ rễ cây khi tưới Với những loại câycần tưới cả trên mặt lá, người ta lại dùng hệ thống phun sương

Tưới nhỏ giọt như thế vẫn chưa đủ tiết kiệm Họ còn trồng cấy trong nhà kính đểngăn không cho nước bốc hơi lên trời Ngoài ra, nhà kính còn ngăn chặn sâu bệnh,giúp tăng sản lượng và chất lượng của hàng hóa Israel nhận được rất nhiều đơn đặthàng mua giống, từ các loại hạt cho tới gen, trứng và tinh trùng của động vật

Hình 2.15: Nhà kính trồng rau tại Israel 2.2.4 Áp dụng vào Việt Nam

Với bản chất thông minh và ham học hỏi, những năm gần đây, rất nhiều nôngdân Việt Nam đã bắt đầu mày mò (có thể có hướng dẫn của cơ quan khuyến nông) tựtạo ra những hệ thống tưới kiểu israel bằng những nguyên vật liệu sẵn có và đã gặt háinhững thành tựu nhất định:

- Giảm chi phí nhân công gánh nước, không còn phải kéo ống, thu ống

- Giảm chi phí điện dùng để bơm nước

- Giảm đáng kể lượng nước tưới

Hình 2.16: Tưới nước tiết kiệm ở Việt Nam 2.3 Tổng quan về mạng Internet

2.3.1 Giới thiệu

Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồmcác mạng máy tính được liên kết với nhau Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nốichuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩnhóa (giao thức IP) Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các

doanh nghiệp, của các viện nghiên cứu và các trường đại học, của người dùng cá nhân,

và các chính phủ trên toàn cầu Chúng cung cấp một khối lượng thông tin và dịch vụkhổng lồ trên internet

Nguồn thông tin khổng lồ kèm theo các dịch vụ tương ứng chính là hệ thống cáctrang Web liên kết với nhau và các tài liệu khác trong WWW (World Wide Web) Tráivới một số cách sử dụng thường ngày, Internet và WWW không đồng nghĩa Internet

là một tập hợp các mạng máy tính kết nối với nhau bằng dây đồng, cáp quang, v.v ;còn WWW hay Web là một tập hợp các tài liệu liên kết với nhau bằng các siêu liên kết(hyperlink) và các địa chỉ URL và nó có thể được truy nhập bằng cách sử dụngInternet

2.3.2 Hoạt động của mạng Internet

+ User Datagram Protocol (UDP): thiết lập kết nối nhanh nhưng không chắc chắngiữa các máy tính để truyền tải dữ liệu, cung cấp ít dịch vụ để khắc phục lỗi

+ Internet Protocol (IP): điều chỉnh đường đi của những gói dữ liệu đường truyềnnhận trên Internet TCP là giao thức phi kết nối (connectionless protocol)

+ HTTP: cho phép trao đổi thông tin trên Internet

+ FTP: cho phép truyền nhận file trên Internet

+ SMTP: cho phép gửi thư điện tử trên Internet

TCP/IP được dùng làm giao thức chuẩn khi giao tiếp trên Internet vì nó độc lậpvới nền của hệ thống (platform independent) và không có tổ chức nào có quyền sở hữugiao thức này.

2.3.2.2 Địa chỉ IP (T)IP Adress)

Internet là một mạng kết nối rộng lớn giữa các máy tính Để xác định một máytính trên mạng này, người ta dùng một con số gọi là địa chỉ IP Địa chỉ IP gồm mộttập 4 số nhỏ hơn 255 và được ngăn cách bởi các dấu ‘.’ Ví dụ: 41.212.196.197

2.3.2.3 Mô hình khách – chủ (T)Client – Server Model)

Internet dựa trên mô hình khách – chủ (client – server), trong đó dữ liệu đượctrao đổi thông qua các trang Web Trong mô hình client – server, mỗi máy tính đượcxác định bởi một địa chỉ Internet protocol (IP) và cả máy tính client, server cùng chấpnhận một giao thức chung để để giao tiếp với nhau Trong mô hình khách - chủ, máykhách (client computer) yêu cầu thông tin từ một máy chủ (server) Máy chủ chấpnhận yêu cầu và gửi thông tin về cho máy khách Việc trao đổi thông tin này được diễn

ra thông qua những trang Web

2.3.2.4 Hệ thống tên miền (T)DNS – Domain Name System)

Mỗi máy tính trên mạng Internet được xác định bằng địa chỉ IP, nhưng con sốnày rất khó nhớ Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng hệ thống tên miền đểđặt tên cho máy tính Ví dụ: tên miền www.yahoo.com ứng với địa chỉ IP216.109.127.28 request Web page Miền (domain) ứng với một tập các máy tính trênInternet Phần mở rộng của tên miền (domain name extension) được dùng để xác địnhquốc gia hay tổ chức

2.3.3 Kết nối Internet

Để kết nối với Internet cần có một số yêu cầu về phần cứng và phần mềm sau:

- Phần cứng: máy tính, kết nối qua đường dây điện thoại hoặc kết nối cáp,modem

- Phần mềm: kết nối internet, hệ điều hành, giao thức TCP/IP, trình duyệt Web.Các yêu cầu thiết yếu khi kết nối với Internet: kết nối với Internet thông qua mộtnhà cung cấp Internet (Internet Service Provider), modem, trình duyệt và địa chỉ URL.

2.3.4 Giao thức TCP/IP

TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng nhấtvới nhau TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol (Giao thức ĐiềuKhiển Truyền thông)/Internet Protocol (Giao thức Internet), ngày nay TCP/IP được sửdụng rộng rãi trong các mạng cục bộ cũng như trên mạng Internet toàn cầu TCP/IPkhông chỉ gồm 2 giao thức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức Chúng tagọi đó là 1 hệ giao thức hay bộ giao thức (Suite Of Protocols)

TCP/IP được xem là giản lược của mô hình tham chiếu OSI với bốn tầng, trong

mô hình này là (theo thứ tự từ trên xuống):

2.4.1 Sơ lược về TCP/IP Stack của Microchip

Bộ thư viện TCP/IP Stack của Microchip cung cấp một nền tảng cho các ứngdụng Ethernet do xử lý hầu hết các yêu cầu tương tác giữa tầng vật lý và tầng ứngdụng Nó bao gồm các ứng dụng phổ biến của tầng ứng dụng bao gồm HTTP2 phục vụcho các trang Web, SMTP để gửi email, SNMP cung cấp tình trạng kiểm soát, Telnet,Serial Internet,… Ngoài ra, bộ thư viện TCP/IP Stack này có dung lượng tương đốinhẹ và hiệu suất triển khai cao

Bộ thư viện TCP/IP Stack của Microchip tối ưu hóa cho tất cả các PIC18, PIC24,dsPIC và PIC32 Các ngăn xếp được chia thành nhiều lớp, mỗi lớp truy cập các dịch

vụ từ một lớp khác trực tiếp dưới nó Bộ thư viện TCP/IP này bao gồm các tính năngsau :

Hỗ trợ giao thức ARP, IP, ICMP, UDP, TCP, DHCP, SNMP, HTTP, FTP, TFTP

- Socket hỗ trợ cho TCP và UDP

- Secure Socket Layer

- NetBIOS

- DNS – Domain Name System

- Ethernet Device Discovery

- Hỗ trợ cho MPLAB C18, C30, C32

Bộ thư viện TCP/IP Stack được viết bằng ngôn ngữ C Bộ thư viện để lại nhiềukhông gian cho người dùng điều chỉnh phù hợp với mục đích sử dụng Giống như môhình tham chiếu TCP/IP, TCP/IP Stack cũng được chia làm nhiều lớp Mỗi lớp có mộtchức năng riêng, trong khi các dịch vụ và các giao diện lập trình ứng dụng được địnhnghĩa thông qua các tiêu đề bao gồm các tập tin Không giống như mô hình TCP/IP,các lớp trong TCP/IP Stack truy nhập trực tiếp vào một hoặc nhiều lớp dưới mà khôngphụ thuộc vào lớp dưới nó Một bổ sung lớn của TCP/IP Stack là thực hiện bổ sung 2module mới “ StackTask” và “ARPTask” StackTask quản lý hoạt động của Stack vàtất cả các module của nó trong khi ARPTask quản lý các dịch vụ của các địa chỉ nghị

quyết Protocol Dưới đây là các lớp mà Microchip TCP/IP Stack đã xây dựng và vị trítương ứng của các lớp này trong mô hình giao thức TCP/IP.

TCP/IP Stack là bộ chương trình viết bằng ngôn ngữ C Để bật tắt hoặc thiết lậpmột tham số nào đó người sử dụng chỉ cần thay đổi một hoặc nhiều tham số trong địnhnghĩa Các định nghĩa được liệt kê trong Bảng 2.1:

Bảng 2.1: Các giá trị cấu hình Stack

giữa hai lầnTICK_PRESCALE_VALU

E

2,4,8,16,32,64,128,256

Tick.c Xác định giá trị đánh

dấu vào truy cập

Sử dụng bộ nhớchương trình để lưutrữ MPFS

lưu trữ MPFS

MPFS_RESERVE_BLOCK 0-255 MPFS.c Số byte MPFS được

lưu trữ

EEPROM_CONTROL

External DataEEPROM Control

Bảng 2.2: Các module và tập tin cần thiết trong Stack

Modul

ICMP ICMP.c StackTsk.c IP.c MAC.c Internet Control Message

SLIP.c ProtocolTCP StackTsk.c TCP.c IP.c MAC.c SLIP.c Transmission Control ProtocolMột số file cơ bản được dùng trong hầu hết mọi dự án sử dụng thư viện TCPIPStack:

- ARP.c và ARP.h : giúp stack tìm địa chỉ MAC từ địa chỉ IP

- Delay.c và Delay.h : tạo khoảng thời gian thực hiện cho một số hàm

- Physical Layers File : cho phép các lớp vật lý hoạt động

- IP.c và IP.h : cho phép stack thực hiện chức năng lớp IP

- StackTsk.c và StackTsk.h : chứa code khởi tạo stack và các hàm callback

- HardwareProfile.h : Cấu hình phần cứng cho board mạch

2.4.2.1 HTTP2 Server

Để hiểu được cách HTTP2 server làm việc, chúng ta cần hiểu 3 thành phần sau:Cách tạo trang Web với các biến động, tiện ích MPFS2 và các file nguồnCustomHTTPApp.c, HTTPPrint.h Quá trình có thể được tóm tắt như Hình 2.18:

Hình 2.18: Quá trình làm việc của HTTP2 server

 Các web page : bao gồm tất cả các file HTML và các ảnh, file CSS, fileJavaScript cần thiết đi kèm để hiển thị 1 trang Web Có 1 ứng dụng mẫu gồmtất cả các thành phần này được đặt trong folder WebPage2.

 File CustomHTTPApp.c : File này thực hiện các ứng dụng Web Nó miêu tảđầu ra cho các biến động (thông qua lời gọi hàm HTTPPrint_varname), phântích dữ liệu được đưa ra qua các form (trong HTTPExecuteGet vàHTTPExecutePosst)

 File HTTPPrint.h : File này được tạo ra tự động bởi tiện ích MPFS2 Nó chỉ rõtất cả các biến động và cung cấp mối liên kết giữa các biến được đặt trong webpage và lời gọi hàm HTTPPrint_varname đi kèm được định nghĩa trongCustomHTTPApp.c File này không yêu cầu có sự thay đổi bởi người lập trình.Trong quá trình làm đồ án, chúng em nhận thấy bộ nhớ nội của vi điều khiểnthường có kích thước không lớn, không đủ chứa ảnh MPFS của các trang Web códung lượng cao nên chúng em đã chọn cách sử dụng EEPROM ngoài để lưu trữ ảnhMPFS của các trang Web

2.4.2.2 Webpages2

Các trang Web mà server phục vụ có thể được lập trình bằng các mã HTML,CSS, JavaScript Điều cần quan tâm nhất là cách viết các biến động Biến động có thểđược xem là output của ứng dụng này Nhờ các biến động mà người dùng (client) cóthể quan sát được trạng thái các đối tượng cần điều khiển Để tạo một biến động, khiviết trang Web ta đặt tên biến động vào giữa một cặp dấu ngã (~) Ví dụ để tạo mộtbiến động có tên builddate trong code của trang Web html ta viết:

<div class="examplebox code">~builddate~</div>

Biến động có thể chứa các tham số như trạng thái của đối tượng có liên quan,Server chỉ gọi một hàm duy nhất xử lý cho nhóm biến động này

Ví dụ để quan sát trạng thái các nút bấm được đánh số từ 0 tới 3, ta viết:

<div class="examplebox code"> ~btn(3)~ ~btn(2)~~ btn(1)~~ btn(0)~</div>

Ngoài ra, khi các trang Web có các thành phần không đổi như menu lựa chọn,header…, chúng ta có thể viết chúng trong một file có đuôi inc (*.inc) và include vàotrang Web như cách viết biến động.

Ví dụ file header.inc chứa các thành phần không đổi ở các trang Web, ở mỗitrang Web ta ghi:

<div id="menu">~inc:menu.inc~</div>

2.4.2.3 Tiện ích MPFS2

Tiện ích MPFS đóng gói các web page thành 1 định dạng để lưu trữ hiệu quảtrong 1 hệ thống nhúng Nó là 1 ứng dụng đồ họa cho PC, có thể tạo ra MPFS2 và cácảnh MPFS classic để lưu trữ trong bộ nhớ ngoài hoặc bộ nhớ nội

Khi được sử dụng để tạo ảnh MPFS2, tiện ích này cũng chỉ ra các biến độngđược tìm thấy Nó dùng thông tin này để tạo ra file HTTPPrint.h Nó cũng lưu giữ chỉ

số thông tin cùng với file trong ảnh MPFS2 giúp làm giảm tác vụ tìm kiếm từ thiết bịnhúng

Để sử dụng EEPROM ngoài, đảm bảo rằng macro cấu hìnhMPFS_USE_EEPROM được định nghĩa trong file TCPIPConfig.h Nếu đang sử dụng25LC1024, phải định nghĩa USE_EEPROM_25LC1024 để cho phép chế độ địa chỉ24bit Nếu sử dụng Flash ngoài, khai báo MPFS_USE_SPI_FLASH thay vì macroEEPROM

MPFS2.exe là phần mềm chuyển đổi một một folder chứa trang Web thành cácdạng file c để nạp vào Pic hoặc file bin để nạp vào EEPROM Sau khi thực thi, phầnmềm tạo ra một file chứa nội dung trang Web, một file HTTPPrint.h chứa chỉ số cácbiến động mà trang Web đã ghi File này cần để xây dựng code cho server Do đó, khighi thêm các biến động vào trang Web, chúng ta trước tiên phải dùng công cụMPFS2.exe để xuất ra file HTTPPrint.h thích hợp, sau đó biên dịch lại project

 Các bước tạo 1 trang Web vui lòng xem phụ lục trang 62

2.4.2.4 Giao diện Web

Mục tiêu đặt ra là xây dựng một trang Web cung cấp giao diện cho người sử dụngtruy cập từ xa để điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của hệ thống Các trang

Web được lưu trữ trong EEPROM 25LC256 với kích thước đủ nhẹ và có giao diện thânthiện với người sử dụng Mã nguồn của trang Web được xây dựng bằng DHTML(Dynamic Hyper Text Markup Language) với sự hỗ trợ của công nghệ AJAX Bản thânDHTML không phải là một ngôn ngữ mà là sự kết hợp giữa HTML (Hyper TextMarkup Language), JavaScript, HTML DOM (Hyper Text Markup LanguageDocument Object Model) và CSS (Cascading Style Sheet).

Hình 2.19: Thành phần cần thiết để tạo một trang Web

Để xây dựng được một giao diện Web nhúng đơn giản với các thành phần nhưtrên cần có hiểu biết về các ngôn ngữ xây dựng Web

2.4.2.4.1 Dynamic Hyper Text Markup Language

Như đã nói ở trên ,bản thân DHTML không phải là một ngôn ngữ mà là sự kếthợp của nhiều ngôn ngữ khác nhau Chức năng chính của DHTML là miêu tả phầnđộng và tương tác của 1 trang Web

2.4.2.4.2 Hyper Text Markup Language

HTML không phải là 1 ngôn ngữ lập trình mà là một ngôn ngữ đánh dấu bằng thẻ(markup language) HTML có hai đặc tính cơ bản là siêu văn bản và tính phổ bát Siêuvăn bản (hypertext) có nghĩa là bạn tạo ra một liên kết trong trang Web định hướngngười dùng đến một nơi nào đó trên Internet, còn tính phổ bát (universality) được thểhiện ở chỗ do hầu hết các tài liệu HTML được lưu dưới dạng tập tin ASCII hoặc TextOnly nên hầu như máy tính nào cũng có thể đọc được trang Web

Thông qua các thẻ (tag) và các phần tử của HTML, chúng ta có thể thực hiệnđược rất nhiều công việc quan trong như:

- Điều khiển hình thức và nội dung của trang Web

- Xuất bản các tài liệu trực tuyến và truy xuất thông tin trực tuyến bằng cách dùngcác tài liệu liên kết được chèn vào các tài liệu HTML.

- Tạo các biểu mẫu trực tuyến Những biểu mẫu này có thể được sử dụng để thuthập thông tin về người dùng, quản lý các giao dịch …

Bản thân tài liệu HTML là một file văn bản có thành phân đuôi mở rộng là htmhoặc html Tài liệu này được dịch thành mã nguồn của trang Web

2.4.2.4.3 JavaScript:

Javascript là một ngôn ngữ thông dịch, chương trình nguồn của nó được nhúnghoặc tích hợp vào tập tin HTML Khi trang Web được tải trong trình duyệt hỗ trợjavascript, trình duyệt sẽ thông dịch và thực hiện các lệnh Javascipt

Chương trình nguồn Javascript được thông dịch trong trang HTML sau khi toàn

bộ trang được load nhưng trước khi trang được hiển thị

Sau đây là ví dụ mẫu :

</script>

</head>

<body>

</body>

Hình 2.20: Cú pháp chèn Javascript vào HTML 2.4.2.4.4 CSS

CSS là viết tắt của cụm từ "Cascading Style Sheet", nó là một ngôn ngữ quy địnhcách trình bày của các thẻ html trên trang Web Là ngôn ngữ đang được sử dụng rấtnhiều trong lập trình Web, có thể nói CSS ra đời đã tạo nên một cuộc cách mạng CSSquy định cách hiển thị nội dung của các thẻ HTML trên các trình duyệt gần như giốngnhau, bằng cách quy định các thuộc tính cho thẻ HTML đó Tạo kiểu cho fonts, chỉnhmàu sắc, canh lề, kẻ bảng, định chiều cao, chiều dọc, hình nền và xác định vị trí chođổi tượng, v.v

2.5 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đồ án

2.5.1 Vi điều khiển PIC 18F97J60

2.5.1.1 Các đặc điểm cơ bản của vi điều khiển PIC18F97J60

- Tốc độ làm việc tối đa lên đến 10.5 MIPS (triệu lệnh trong 1 giây)

- Với 3 bộ Timer 16 bit và 1 bộ Watchdog Timer giúp cho ta xử ly các bài toánđiều khiển với tính năng thời gian thực

- PIC18F97J60 còn là một dòng IC chuyên dụng trong giao tiếp mạng Internetvới module giao thức mạng được tích hợp sẵn trong chip Với bộ nhớ chương trìnhFlash khá lớn 128KB và bộ nhớ RAM 3.8KB sẽ cho phép ta thực hiện được các bàitoán phức tạp

- Trên chip có 16 kênh ADC 10 bít nên việc thực hiện các bài toán đo lường trởnên đơn giản

- Chíp có thể hoạt động bằng nguồn dao động nội ở tần số tối đa 41.6667Mhz,với tính năng này giúp cho nó có thể hoạt động tốt trong môi trường có độ ẩm cao

- PIC18F97J60 được thiết kế dưới dạng chíp dán 100 chân, trong đó có thể sửdụng tối đa được 70 chân I/O

2.5.1.2 Tính năng đặc biệt của CPU

- Chương trình nối tiếp trong mạch.

- Điều chỉnh điện áp trên chip.

2.5.1.3 Sơ đồ chân PIC 18F97J60

Hình 2.22: Sơ đồ chân PIC18F97J60

Mô tả các chân của PIC18F97J60 được sử dụng trong đồ án:

Bảng 2.3: Mô tả các chân của PIC18F97J60 được sử dụng trong đồ án

4 RE0/AD8/RD/P2D I/O- vào/ra số

54 RC3/SCK1/SCL1 Vào/ra clock đồng bộ nối tiếp cho chế độ SPI