NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ROBOT GIEO HẠT VÀ CHĂM SÓC HOA MÀU TỰ ĐỘNG

TÓM TẮTĐề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển từ xa Robot gieohạt và chăm sóc hoa màu tự động ” được chúng em thực hiện với mục tiêu nghiêncứu, chế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ROBOT GIEO HẠT VÀ CHĂM SÓC HOA

MÀU TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỒNG THẮNG

NGUYỄN HUỲNH QUANG HUY Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khóa: 2013-2017

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ

XA ROBOT GIEO HẠT VÀ CHĂM SÓC HOA MÀU TỰ ĐỘNG

Tác giả

NGUYỄN HỒNG THẮNG NGUYỄN HUỲNH QUANG HUY

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn Ths NGUYỄN LÊ TƯỜNG

Ks VÕ QUANG THU

Tháng 6 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Nông Lâm TP Hồ ChíMinh, được sự giúp đỡ và tạo điểu kiện thuận lợi từ quý thầy cô chúng em đã hoànthành luận văn tốt nghiệp

Chúng em xin được bày tỏ lời cảm ơn quý thầy, cô giáo trong khoa Cơ khíCông nghệ, trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã trang bị cho chúng emnhững kiến thức quý báu trong thời gian học tập tại trường để chúng em thực hiện đềtài Đồng thời cho phép chúng em gửi lời cảm ơn đặc biệt về sự hướng dẫn tận tìnhcủa cô Nguyễn Lê Tường và thầy Võ Quang Thu, đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng emtrong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gianđể nhận xét và góp ý cho đề tài của chúng em hoàn thiện hơn

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2016

Sinh Viên Thực HiệnNguyễn Hồng ThắngNguyễn Huỳnh Quang Huy

TÓM TẮT

Đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển từ xa Robot gieohạt và chăm sóc hoa màu tự động ” được chúng em thực hiện với mục tiêu nghiêncứu, chế tạo một mô hình hệ thống tự động, điều khiển từ xa, nhằm nâng cao tính hiệnđại và tự động hóa trong nông nghiệp

Với việc xây dựng thành công mô hình, tiến hành các khảo nghiệm cho thấy môhình hoạt động ổn định, chúng em đã đạt được mục tiêu đề ra

Dựa trên những kết quả đạt được chúng em hy vọng đề tài này sẽ không dừnglại ở mức độ mô hình mà có thể đem vào thực tiễn và ngày càng cải tiến đem lại hiệuquả cao hơn

Sơ lược nội dùng đề tài bao gồm:

 Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển từ xa mô hình Robot gieo hạt và giámsát, điều khiển việc chăm sóc hoa màu tự động qua các thông số nhiệt độ và độ

ẩm đất

 Xây dựng phương pháp điều khiển:

 Điều khiển và giám sát các thông số nhiệt độ và ẩm độ đất thông qua việcđiều khiển hệ thống bơm nước bằng máy tính và điện thoại

 Điều khiển và giám sát Robot gieo hạt từ xa qua máy tính

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1

1.3 Mục tiêu đề tài 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Điều khiển, giám sát từ xa trong nông nghiệp 3

2.2 Hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động 3

2.3 Các thiết bị, linh kiện sử dụng trong đề tài 5

2.3.1 Mạch vi điều khiển Arduino 5

2.3.2 Cảm biến hồng ngoại E18_D80MK 8

2.3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 9

2.3.4 Module thu phát RF HC-11 10

2.3.5 Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 11

2.3.6 Mạch giảm áp LM2596 12

2.3.7 IRFP 150N, RELAY 12V -10A 13

2.3.8 Công tắc hành trình 15

2.3.9 Bơm nước 15

2.3.10 Đồng hồ đo nhiệt độ độ ẩm K1 16

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.1 Nội dung thực hiện 17

3.2 Phương pháp nghiên cứu 17

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18

4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động 18

4.2 Robot gieo hạt 20

4.2.1 Thiết kế 20

4.2.2 Sơ đồ vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi 22

4.2.3 Cấu trúc Robot gieo hạt 24

4.2.3.1 Nguồn 25

4.2.3.2 Hệ thống trung tâm 25

4.2.3.3 Cơ cấu di chuyển 29

4.2.3.4 Cơ cấu gieo 35

4.2.3.5 Hệ thống kiểm soát hạt 37

4.2.3.6 Cơ cấu xới 40

4.2.3.7 Cơ cấu tưới 43

4.3 Cảm biến môi trường 45

4.3.1 Thiết kế 45

4.3.2 Sơ đồ nối dây 46

4.4 Điều khiển giám sát Robot gieo hạt và nhiệt độ độ ẩm đất trên máy tính 50

4.5 Giám sát nhiệt độ độ ẩm bằng điên thoại 51

4.6 Khảo nghiệm 55

4.6.1 Khảo nghiệm độ ổn định cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất 55

4.6.2 Khảo nghiệm hệ thống bơm nước 57

4.6.3 Khảo nghiệm hệ thống kiểm soát hạt 58

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60

5.1 Kết luận 60

5.2 Đề nghị 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 63

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang

Hình 2.1: Robot gieo hạt 3

Hình 2.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm thông qua việc tưới nước cho cây 4

Hình 2.3: Arduino Mega 2560 (trái) và Arduino Nano (phải) 5

Hình 2.4: Giao diện lập trình Arduino IDE 5

Hình 2.5: Thiết kế của Arduino Mega 2560 6

Hình 2.6: Thiết kế của Arduino Mega Nano 7

Hình 2.7: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 8

Hình 2.8: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 9

Hình 2.9: Module thu phát RF HC-11 10

Hình 2.10: Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 11

Hình 2.11: Mạch giảm áp LM2596 12

Hình 2.12: IRF150N 13

Hình 2.13: Các loại mosfet 14

Hình 2.14: Relay 8 chân 12V-10A 14

Hình 2.15: Công tắc hành trình 15

Hình 2.16: Bơm nước 15

Hình 2.17: Đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm K1 16

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động 18

Hình 4.2: Thiết kế của Robot gieo hạt 20

Hình 4.3: Một số hình ảnh thực tế Robot gieo hạt 21

Hình 4.4.1: Vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi 22

Hình 4.4.2: Vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi 23

Hình 4.5: Sơ đồ cấu trúc Robot gieo hạt 24

Hình 4.6: Sơ đồ nối dây khối nguồn 25

Hình 4.7: Sơ đồ nối dây hệ thống trung tâm 25

Hình 4.8: Một số hình thực tế hệ thống xử lý trung tâm 26

Hình 4.9: Layout Board chủ 27

Hình 4.10: Hình thực tế Board chủ 28

Hình 4.11: Sơ đồ nối dây cơ cấu di chuyển 29

Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch driver động cơ 30

Hình 4.13: Mạch layout driver động cơ 32

Hình 4.14: Hình thưc tế driver động cơ 32

Hình 4.15: Sơ đồ nối dây cơ cấu gieo 35

Hình 4.16: Sơ đồ nối dây hệ thống kiểm soát hạt 37

Hình 4.17: Hệ thống kiểm soát hạt 39

Hình 4.18: Sơ đồ nối dây cơ cấu xới 40

Hình 4.19: Sơ đồ nối dây cơ cấu tưới 43

Hình 4.20: Cọc cảm biến 45

Hình 4.21: Hình cọc cảm biến thực tế 45

Hình 4.22: Sơ đồ nối dây cọc cảm biến 46

Hình 4.23: Truyền nhận tín hiệu giữa Robot và máy tính 50

Hình 4.24: Giao diện điều khiển 50

Hình 4.25: Truyền nhận thống tin giữa Robot và điện thoại 51

Hình 4.26: Kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm bằng tin nhắn 52

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 6

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật Arduino Nano 7

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 8

Bảng 2.4: Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 9

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 10

Bảng 2.6: Chức năng của các chân cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 10

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật module thu phát RF HC-11 11

Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 12

Bảng 2.9: Chức năng các chân mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 12

Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật mạch giảm áp LM2596 13

Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm K1 16

Bảng 4.1: Cú pháp tin nhắn 52

Bảng 4.2: Khảo nghiệm độ chênh lệch nhiệt độ 55

Bảng 4.3: Khảo nghiệm độ chênh lệch độ ẩm 56

Bảng 4.4: Kết quả khảo nghiệm hệ thống bơm nước 57

Bảng 4.5: Khảo nghiệm hiệu quả của hệ thống kiểm soát hạt 58

Các hệ thống tự động, điều khiển từ xa có các ưu điểm mà hệ thống điều khiển thủcông không có được như việc điều chỉnh dễ dàng, nhanh chóng hoạt động của một cơcấu chấp hành nào đó bằng cách thay đổi chương trình, không cần tiếp cận trực tiếp cơcấu; giám sát cơ cấu từ xa bằng các thông tin mà cơ cấu gửi về.

Trong nông nghiệp nhằm tăng năng suất của khâu gieo hạt, Robot gieo hạt đã đượcchế tạo Áp dụng phương pháp điều khiển từ xa lên Robot, việc điều khiển, giám sáthoạt động của Robot sẽ trở nên dễ dàng hơn so với điều khiển thủ công, đem lại sựtiên ích nhất cho người dùng, góp phần tự động hóa trong nông nghiệp

Đối với hoa màu, thường rất khắt khe việc duy trì nhiệt độ và độ ẩm cho sinhtrưởng Điều này đòi hỏi cần phải giám sát và thu thập số liệu về nhiệt độ và độ ẩm đểnhà nông có thể điều chỉnh hoạt động canh tác của mình một cách thích hợp Vớiphương pháp điều khiển và giám sát từ xa thì việc đo lường, kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm

sẽ được thực hiện thường xuyên, nhanh chóng và người dùng có thể dễ dàng điềuchỉnh các hệ thống chăm sóc hoa màu hoạt động một cách dễ dàng và hiệu quả

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nông nghiệp đang ngày càng phát triển theo hướng hiện đại Việc áp dụng cácphương pháp tự động, điều khiển từ xa vào nông nghiệp sẽ đem lại hiệu quả cao, các

hệ thống trở nên thông minh hơn, hoạt động sản xuất sẽ đơn giản và đem lại sự tiện íchnhất cho người dùng.

Với những lý do trên, nhóm đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạohệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động.”

1.3 Mục tiêu đề tài

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và giám sát từ xa, thực hiện các nhiệm vụ:

 Điều khiển và giám sát các thông số nhiệt độ và ẩm độ đất thông qua việcđiều khiển hệ thống bơm nước bằng máy tính và điện thoại

 Điều khiển và giám sát Robot gieo hạt từ xa qua máy tính

Giới hạn đề tài:

 Sử dụng vi điều khiển Arduino

 Điều khiển Robot hoạt động gieo hạt trên luống đất mềm, đường chạy củaRobot bằng phằng Robot chuyển luống gieo theo điều hướng của ngườidùng trên máy tính

 Hệ thống chăm sóc hoa màu: thông qua việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm đất đểđiều khiển việc tưới nước

 Điều khiển, giám sát Robot và hệ thống chăm sóc hoa màu từ xa bằng máytính qua sóng RF

 Giám sát hệ thống chăm sóc hoa màu từ xa bằng điện thoại dưới dạng tinnhắn

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Điều khiển, giám sát từ xa trong nông nghiệp

Từ những năm gần đây, con người đã bắt đầu tìm đến những phương pháp giúptự động hóa, hiện đại hóa quá trình canh tác cây trồng Những thiết bị điều khiển từ xa,điều khiển tự động lần lượt ra đời nhằm thay thế sức người, tiêu biểu như hệ thốngtưới nước từ xa, bộ hẹn giờ tưới … Các hệ thống này có khả năng làm việc tốt, giáthành rẻ và được bày bán rộng rãi trên thị trường nên đang dần trở thành sự lựa chọnchính cho các nhà vườn canh tác nông nghiệp sạch, hiện đại

Các hệ thống đó đã đem lại những hiệu quả cao trong canh tác, giúp thay thếsức người, quản lý từ xa các thiết bị Qua đó cũng thấy được nhu cầu sử dụng của cácnhà nông nghiệp sẽ ngày càng tăng cao

2.2 Hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động

Robot gieo hạt được chế tạo với mục đích tăng năng suất cho khâu gieo hạttrong hoạt động sản suất nông nghiệp

Hình 2.1: Robot gieo hạt

Để điều khiển hoat động của Robot, cần sự tác động trực tiếp của con người vàchỉ có thể giám sát công việc gieo hạt của Robot qua quan sát trực tiếp bằng mắt Ápdụng phương pháp điều khiển từ xa, việc điều khiển Robot theo ý người dùng sẽ trởnên đơn giản và tiện lợi hơn Đồng thời việc gieo hạt sẽ được kiểm soát bằng các dữliệu mà hệ thống gửi về cho người dùng.

Tùy theo từng giống cây, giai đoạn sinh trưởng mà cây trồng cần một nhiệt độ,

độ ẩm nhất định Nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến sự phát triển, sự nở hoa, chất lượngsản phẩm và ảnh hưởng đến sự phát triển của sâu bệnh trên các loại rau

Vì vậy để cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, cần đảm bảo các yếu tố môitrường như nhiệt độ và độ ẩm thông qua việc cung cấp nước cho cây

Hình 2.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm thông qua việc tưới nước cho cây

Giám sát từ xa các thông số nhiệt độ, độ ẩm thông qua các thiết bị cảm biến sẽmang đến sự chính xác và tiết kiệm thời gian, người dùng có thể dựa vào các thông sốđể chủ động kiểm soát các yếu tố bằng các biện pháp thích hợp, đồng thời tăng tính tựđộng hóa, tính khoa học hơn trong nông nghiệp

2.3 Các thiết bị, linh kiện sử dụng trong đề tài

2.3.1 Mạch vi điều khiển Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý, phần cứng bao gồm một board mạchnguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel

Arduino có thể kết nối với: hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại, các thiết

bị hiển thị, các module chức năng hỗ trợ kêt nối có dây hoặc không dây, nhắn tinSMS…

Hình 2.3: Arduino Mega 2560 (trái) và Arduino Nano (phải)

Đi cùng Arduino là một môi trường lập trình được gọi là Arduino IDE với ngônngữ lập trình bắt nguồn từ C/C++

Hình 2.4: Giao diện lập trình Arduino IDE

Vi điều khiển Atmega2560

Điện áp hoạt động 5V

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V

Điện áp vào giới hạn 6-20V

Số chân Digital I/O 54 (15 chân có thể sử dụng như các chân PWM)Số chân Analog Input 16

Dòng trên mỗi chân I/O 20mA

Hình 2.6: Thiết kế của Arduino Mega Nano Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật Arduino Nano

Vi điều khiển ATmega328

Điện áp hoạt động 5V

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V

Điện áp vào giới hạn 6-20V

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog Input 8 (độ phân giải 10bit)

Dòng trên mỗi chân I/O 40mA

Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader

Hình 2.7: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác địnhkhoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận vàphát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

Nguồn điện cung cấp 5V DC

Khoảng cách phát hiện 3~80cm, có thể điều chỉnhkhoảng cáchqua biến trởDòng kích ngõ ra 300mA

Led màu đỏ Hiển thị ngõ raKích thước 1.8cm(D) x 7.0cm (L)

Bảng 2.4: Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

Màu nâu VCC, nguồn dương 5V DCXanh dương GND, nguông âm 0V DCMàu đen Chân tín hiệu ngõ ra

2.3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2

Hình 2.8: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2

Cảm biến có cấu tạo gồm cảm biến SHT10 phía trong, bên ngoài là lớp vỏ bảovệ cảm biến khỏi các tác động vật lý từ môi trường như bụi, nước,…tuy nhiên vẫn đođược chính xác độ ẩm và nhiệt độ

Cảm biến nhiệ độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 thường được sử dụngtrong nông nghiệp với các ứng dụng cần độ bền, độ chính xác và độ ổn định cao

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2

Điện áp sử dụng 3-5 VDCKhoảng nhiệt độ đo được -40~120 °C, sai số 0.5 °C

Khoảng độ ẩm đo được 0~100% RH, sai số 4.5 RH

Màu xanh dương CLK

2.3.4 Module thu phát RF HC-11

Hình 2.9: Module thu phát RF HC-11

Module thu phát RF HC-11 sử dụng chip thu phát sóng CC1101, hoạt động trêndãy tần 433 MHz, khoảng cách tối đa ở điều kiện không có vật cản lên đến 200m.Điểm ưu việt của HC-11 là module được trang bị thêm một chip STM8 có nhiệm vụchuyển từ giao tiếp SPI trên CC1101 sang giao tiếp UART giúp cho việc kết nối vớimáy tính hoặc vi điều khiển dễ dàng hơn, với vài thiết lập đơn giản là đã có thể sửdụng module này như một bộ truyền UART không dây

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật module thu phát RF HC-11

Điện áp hoạt động 3V3 đến 5V DC

Tần số thu phát 433 MHz

2.3.5 Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm

Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm được thiết kế cho các ứng dụngcần độ bền và độ ổn định cao Module Sim800A là phiên bản nâng cấp của moduleSim900A, hoạt động ổn định và bền bỉ hơn rất nhiều.

Hình 2.10: Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm

Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm

Nguồn cấp đầu vào 5-18V DC, lớn hơn 1A

Mức tín hiệu giao tiếp 3.3-5V DC

Loại Sim sử dụng Micro Sim

Bảng 2.9: Chức năng các chân mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm

VCC Nguồn dương, 5-18V DC, lớn hơn 1A

RXD Chân nhận tín hiệu TTL, chấp nhận mức3.3 và 5V DC

TXD Chân truyền tín hiệu TTL, chấp nhận mức

3.3 và 5V DC

2.3.6 Mạch giảm áp LM2596

Hình 2.11: Mạch giảm áp LM2596

Với việc có một số module sử dụng trong đề tài đều hoạt động với điện áp 5V

DC và yêu cầu dòng phải đủ lớn, mạch LM2596 được sử dụng Mạch LM2596 nhỏgọn, có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao(92%)

Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật mạch giảm áp LM2596

Điện áp đầu vào 3V đến 30V

Điện áp đầu ra Điều chỉnh được trong khoảng 1.5 đến

30VDòng ra đáp ứng tối đa 3A

Kích thước 45 (dài) x 20 (rộng) x 14 (cao)

2.3.7 IRFP 150N, RELAY 12V -10A

IRF150N VÀ RELAY 8 chân 12V-10A được sử dụng trong thiết kế mạchdriver điều khiển động cơ

 IRF150N

Hình 2.12: IRF150N

IRF150N là thuộc loại N-Mosfet, là Transistor hiệu ứng trường, có nguyên tắchoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở khángđầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu Điện áp điều khiển mởlà Ugs >0 Dòng điện sẽ đi từ D xuống S

Hình 2.13: Các loại mosfet

Mosfet có chân tương đương với Transitor :

 Chân G tương đương với B

 Chân D tương đương với chân C

 Chân S tương đương với E

 RELAY 8 chân 12V-10A

Hình 2.14: Relay 8 chân 12V-10A

Điện áp cuộn hút: 12V DC

Dòng tiếp điểm: 10A

2.3.8 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình đóng vai trò như một thiết bị đóng ngắt, tùy thuộc vào trạng

thái đóng hay mở của nó mà ta xác định tín hiệu đưa về mạch điều khiển Robot là mức

1 hay là mức 0 Công tắc hành trình được sử dụng để xác định hành trình của cơ cấugieo và cơ cấu xới

Hình 2.15: Công tắc hành trình 2.3.9 Bơm nước

Hình 2.16: Bơm nước

Điện áp hoạt động 12V DC

2.3.10 Đồng hồ đo nhiệt độ độ ẩm K1

Đồng hồ đo nhiệt độ độ ẩm K1 được sử dụng để hỗ trợ quá trình khảo nghiệmhệ thống

Hình 2.17: Đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm K1 Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm K1

Điện áp sử dụng 1.5V DCKhoảng nhiệt độ đo được -50~110 °C, sai số 1°C

Khoảng độ ẩm đo được 10~99% RH, sai số 5%RH

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung thực hiện

 Thiết kế mạch cầu H FET-RELAY để điều khiển động cơ

 Lập trình và sử dụng Arduino, module RF, các cảm biến hồng ngoại, cảm biếnnhiệt độ độ ẩm đất và module Sim

 Giao tiếp máy tính và điện thoại với robot và hệ thống chăm sóc

 Bố trí, lắp ráp, nối dây để hoàn thiện mô hình hệ thống

3.2 Phương pháp nghiên cứu

 Tìm hiểu về quá trình gieo hạt, chăm sóc hoa màu để thiết kế hệ thống phùhợp với thực tế.

 Ứng dụng các loaị cảm biến cho mục tiêu thiết kế hệ thống

 Xây dựng giao diện giao tiếp giữa người dùng và điều khiển, giám sát trênmáy tính, điện thoại

 Tiến hành khảo nghiệm hoạt động của hệ thống để thu kết quả về hiệu suất,tính thực tế của đề tài

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu

RF 2

Module thu phát

RF 1

Module Sim

Máy tính

Máy tính

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu

 Cảm biến môi trường đóng vai trò thu thập thông số nhiệt độ và độ ẩm của đất.Các thông số này sẽ được gửi về Robot xử lý và tính toán

 Máy tính là trung tâm giám sát và điều khiển của toàn hệ thống Trên giao diệnđiều khiển người dùng có thể điều khiển từ xa hoạt động của Robot cũng như giám sátcác số liệu hoạt động của Robot và các thông số của cảm biến môi trường để đưa racác điều chỉnh thích hợp

 Người dùng cũng có thể giao tiếp với hệ thống qua điện thoại Khi người dùngkhông sử dụng máy tính, muốn biết được các thông số nhiệt độ độ ẩm của đất thì cóthể kiểm tra bằng tin nhắn

 Module thu phát RF có nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu từ xa cho toàn hệ thống.Hệ thống gồm 2 khối module RF là 1 và 2 với kênh sóng và địa chỉ riêng biệt Cácmodule trong mỗi khối được cài cùng kênh sóng và địa chỉ để truyền nhận dữ liệu vớinhau Nhiệm vụ của các module RF1 là truyền nhận thông tin giữa máy tính và Robot.Nhiệm vụ của các module RF2 là truyền nhận dữ liệu từ các cảm biến môi trường gửi

về Robot

 Module Sim có nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu dưới dạng tin nhắn cho điện thoạicủa người dùng

4.2 Robot gieo hạt

4.2.1 Thiết kế

Hình 4.2: Thiết kế của Robot gieo hạt

1 Khung Robot

2 Cơ cấu xới

3 Cơ cấu lắp đất

4 Dây đai

5 Nhong xe, bánh răng

6 Cơ cấu gieo

Hình 4.3: Một số hình ảnh thực tế Robot gieo hạt

4.2.2 Sơ đồ vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi

2 Động cơ cơ cấu gieo

3 Mạch driver điều khiển động cơ

4 Hộp chứa nguồn, board mạch điều khiển Robot, module RF, Sim

5 Công tắc hành trình cơ cấu gieo

6 Bình chứa nước, bơm

7 Vòi phun

Hình 4.4.2: Vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi

8 Động cơ cơ cấu xới

9 Động cơ RC Servo

10 Công tắc hành trình cơ cấu xới

11 Cảm biến hồng ngoại kiểm soát hạt

4.2.3 Cấu trúc Robot gieo hạt

H thống kiểm soát ện

hạtCảm biến hồng ngoại

Cơ cấu gieo Dirver đ ng cơ Đ ng ộng cơ Động ộng cơ Động

cơ DC Công tắc hành trình

Cơ cấu gieo Dirver đ ng cơ Đ ng ộng cơ Động ộng cơ Động

cơ DC Công tắc hành trình

NguồnAcquyL2596

NguồnAcquyL2596

H thống trung tâmện Boar arduino mega Module RF1 Module RF2 Module Sim

H thống trung tâmện Boar arduino mega Module RF1 Module RF2 Module Sim

Robot gieo hạt

Cơ cấu di chuyển Driver đ ng cơ Đ ng ộng cơ Động ộng cơ Động

cơ DC

Cơ cấu di chuyển Driver đ ng cơ Đ ng ộng cơ Động ộng cơ Động

cơ DC

Module RF1Nguồn

Hình 4.5: Sơ đồ cấu trúc Robot gieo hạt 4.2.3.1 Nguồn

Hình 4.6: Sơ đồ nối dây khối nguồn

Các bộ phận trên Robot sử dụng nguồn 12v và 5v

Nguồn 12v trên Robot được cấp từ ắc quy Đồng thời ắc quy sẽ nối với module L2596để tạo ngõ ra 5v

4.2.3.2 Hệ thống trung tâm

 Sơ đồ nối dây

Cổng kết nối các cơ cấuModule Sim

VCCG

ND TXRX

RX TX VCC GND

Hình 4.7: Sơ đồ nối dây hệ thống trung tâm

Hình 4.8: Một số hình thực tế hệ thống xử lý trung tâm

Hệ thống trung tâm Robot bao gồm các module thu phát RF, module Sim vàArduino Mega

Các module RF được cài cùng kênh sóng và địa chỉ sẽ truyền nhận dữ liệu vớinhau Module RF1 trên Robot có nhiêm vụ truyền nhận tín hiệu với module RF1 kếtnối với máy tính Module RF2 trên Robot sẽ nhận thông tin từ các module RF2 củacác cảm biến môi trường gửi về Nguồn cấp 5v cho module lấy từ Arduino

Module Sim được lăp đặt trên Robot với nhiệm vụ truyền nhận thông tin dướidạng tin nhắn khi người dùng sử dụng điện thoại Vì module Sim hoạt động với nguồn5V-1A nên cần cấp nguồn ngoài sau đó nối chung GND của Arduino

Arduino là mạch xử lí chính của Robot Thông qua các module RF Arduino sẽnhận lệnh điều khiển từ xa của người dùng, qua đó điều khiển các cơ cấu chấp hànhtrên Robot hoạt động theo yêu cầu Arduino còn làm nhiệm vụ xử lý các thông số nhiệt

độ, độ ẩm mà cảm biến môi trường gửi về để đưa ra giá trị trung bình, sau đó gửi lạicho người dùng qua các module RF hoặc module Sim

 Thiết kế mạch: Board chủ

Để thuận tiện cho việc nối dây với các cơ cấu chấp hành, Arduino được lắp trênBoard chủ, được thiết kế các cổng kết nối

Hình 4.9: Layout Board chủ

27(1)

(2)

(4)

(5)(6)

(7)

(8)

(1)0

Hình 4.10: Hình thực tế Board chủ

1 Board Arduino Mega

2 Header cắm module RF1

3 Header cắm module RF2

4 Header cắm module Sim

5 Header động cơ

6 Header các chân I/O

7 Header các chân PWM

8 Header chân analog

9 Header chân Vcc, Gnd trong Arduino

10 Header Vin, Gnd

4.2.3.3 Cơ cấu di chuyển

 Sơ đồ nối dây

28

Đ ng cơ DC 4ộng cơ Động

Đ ng cơ DC 3ộng cơ Động

Driver đ ng cơ 3ộng cơ Động

Arduino Mega

Vin GND

Nguồn 5v

5v GND

Nguồn 12v

+

-7 33 GND VCC 31 6

Hình 4.11: Sơ đồ nối dây cơ cấu di chuyển

Cơ cấu di chuyển sử dụng động cơ DC 12v với tốc độ 60 vòng/phút được điềukhiển bằng các mạch driver

 Thiết kế mạch: Mạch driver động cơ

Được thiết kế sử dụng để đảo chiều điều khiển tốc độ của động cơ bằng phướngpháp điều chỉnh độ rộng xung PWM

Đ ng cơ DC 2ộng cơ Động

Driver đ ng cơ 1ộng cơ Động IN+

-Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch driver động cơ

Nguyên lý hoạt động:

 Chiều động cơ

Khi ngõ vào DIR ở mức HIGH, sẽ không có dòng qua 2 chân led trong opto1,tức 2 cực transistor trong opto1 không thông Chân E của transistor Q2 sẽ khôngxuống được mass nên do đó không có dòng qua cuộn nam châm điện

Khi ngõ vào DIR xuống mức LOW, sẽ có dòng 5v qua 2 chân led của opto1 đểxuống mức LOW, làm thông cực 2 chân transistor trong opto1, do đó có dòng 12v vàochân B của transistor Q2 và chân C sẽ xuống mass Nên 12v sẽ qua cuộn dây namchâm của rơle để qua chân C xuống mass, 2 tiếp điểm động (3, 6) của rơle bị namchâm hút và được nối với 2 tiếp điểm thường hở 5, 4 làm đảo chiều động cơ

 Tốc độ động cơ

Khi ngõ vào PWM xung càng cao,tức độ rộng xung càng rộng,thì độ rộng xungqua led của opto2 càng hẹp nên khoảng thời gian cho 1 lần thông cực transistor củaopto2 càng ngắn Do đó độ rộng xung qua chân kích B của transistor Q1 và chân G