Hệ thống tưới nước tự động cho cây hoa màu

Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát tr

Chapter 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG

CHO CÂY HOA MÀU

Ngành: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn : Thầy Bùi Minh Dương Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Trường Thành MSSV: 1311020357 Lớp: 13DDC04

Trần Thanh Sang MSSV: 1311020309 Lớp: 13DDC04

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG

CHO CÂY HOA MÀU

Ngành: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn : Thầy Bùi Minh Dương Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Trường Thành MSSV: 1311020357 Lớp: 13DDC04

Trần Thanh Sang MSSV: 1311020309 Lớp: 13DDC04

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn

Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của nhóm chúng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án nào

Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

CHÚNG TÔI XIN CAM ĐOAN NHỮNG ĐIỀU TRÊN

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên chúng tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình chúng tôi đã dành cho chúng tôi tình thương, sự quan tâm, chăm sóc, dạy dỗ, động viên để cho chúng tôi có được những kết quả như bây giờ

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật Trường Đại học Công Nghệ TP.HCM đã tận tình chỉ dạy cho chúng tôi có được kiến thức như ngày hôm nay

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Bùi Minh Dương đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành tốt luận văn này

TP.HCM, Ngày 25 tháng 12 năm 2017

Nguyễn Trường Thành Trần Thanh Sang

LỜI 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, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo 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 tưới 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 tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày được áp dụng càng nhiều Thiết bị tưới cũng 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 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 độ

ẩm gốc, độ ẩm lá và không khí cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu dinh 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 cây tự động sẽ giúp cho con người không phải tưới cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước 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

tính toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm nước Người lao động sẽ không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, cây sẽ được sinh trưởng và phát triển tốt hơn

nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn

2 Lý do chọn đề tài

- Hệ thống tưới tự động là hệ thống thiết bị tưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụng rộng trên các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước 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 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 dạng đưa vào xử dụng vì chi phí đầu tư cao

- Từ những vấn đề thực tiễn Tôi đã lựa chọn đề tài : “Thiết kế và chế tạo mô

hình hệ thống tưới nước tự động cho cây hoa màu” làm luận văn tốt nghiệp

ngành Điện công nghiệp

3 Mục đích nghiên cứu

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

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu về các phương pháp tưới, tham khảo các mô hình , đề tài có sẵn trên thị trường

- Làm quen với các linh kiện điện - điện tử ngoài thực tế

- Tính toán và thiết kế mô hình tưới nước tự động

- Lập trình điều khiển với Arduino

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo đề tài

- Thiết kế hệ thống

- Thiết kế mạch điện tử

- Lập trình điều khiển

- Thí nghiệm

- Đánh giá ưu nhược điểm

- Khắc phục

- Hoàn thành đồ án

6 Kết quả đạt được

- Mô hình tưới nước tự động theo yêu cầu

- Có cơ sở lý thuyết về hệ thống tự động nói chung và hệ thống tưới nước tự động cho cây hoa màu nói riêng

- Hiểu thêm về mạch điện tử và một số linh kiện điện – điện tử

7 Kết cấu đồ án

- Tổng quan về hệ thống tưới nước tự động cho cây hoa màu

- Thiết kế hệ thống

- Cơ sở lý thuyết

- Thiết kế mạch hệ thống

- Lưu đồ thuật toán và code lập trình

- Kết luận

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm về hệ thống tự động

- 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

+ 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 Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động

- 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 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 hệ thống tự động trong tưới tiêu cây trồng

- 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,

Ở các trường đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thống tưới nước tự động do sinh viên thực hiện Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục

Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng viên trường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màng trồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín

hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển

tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và

sẽ tự ngừng trong đúng 6 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu

cầu Hệ thống tưới phun tự động đa năng là sản phẩm khoa học có ý tưởng hay,

tính ứng thiết thực và đã được thử nghiệm có hiệu quả thực tế

- Ngoài ra còn có một số hệ thống tưới tự động được áp dụng cho tưới cây hoa

màu tại Vịnh Bắc Bộ

Hình 1.1: Hệ thống tưới cây hoa màu tự động

1.4.2 Một số hệ thống ngoài nước

- 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 độngtheo công nghệ tưới tiên tiến

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG

2.1 Lựa chọn phương pháp tưới

2.1.1 Các phương pháp tưới phổ biến

a) Phương pháp tưới ngập

- Tưới ngập hay còn gọi là phương pháp tưới cho lúa Phương pháp này nhằm cung cấp và duy trì một lượng nước trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng

- Ưu điểm:

+ Điều hòa nhiệt độ của cây trồng

+ Kìm hãm sự phát triển của cỏ dại

+ Giảm bớt nồng độ các chất có hại

- Nhược điểm:

+ Giảm độ thoáng khí

+ Giảm hoạt động của các vi sinh vật trong đất

+ Tốn nhiều nước, gây khó khăn cho việc cơ giới hóa đồng ruộng

+ Làm dâng cao mực nước ngầm, gây hiện tượng lầy hóa

b) Phương pháp tưới theo luống

- Tưới theo luống: hay còn gọi là phương pháp tưới rãnh, các rãnh đóng vai trò

là các con kênh nhỏ làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn chính vào ruộng, khi nước chảy từ đầu rãnh xuống cuối rãnh sẽ ngấm sang hai bên, cung cấp nước cho cây trồng Phương pháp này phù hợp với những cây trồng cạn, không có khả năng chịu ngập cao như: ngô, khoai, mía, đậu

+ Lãng phí lượng nước ở cuối rãnh

+ Tốn chi phí nhân công cho việc tạo rãnh

c) Phương pháp tưới phun mưa

Hình 2.1: Tưới Rau bằng béc tưới Nelson R33

- Là phương pháp đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng dạng mưa nhân tạo, nhờ các thiết bị thích hợp Trong hiện tại và tương lai tưới phun mưa là phương pháp tưới hoàn thiện và hiện đại

- Ưu điểm:

+ Tiết kiệm nước- tổn thất chỉ do bốc hơi trong quá trình tưới phun- tiết kiệm 40% đến 50% so với phương pháp tưới mặt

+ Thích hợp với mọi loại địa hình, không gây xói mòn, trôi màu, không phá

vỡ kết cấu đất

+ Giảm diện tích chiếm đất của kênh mương và công trình tưới

- Nhược điểm:

+ Giá thành đầu tư xây dựng, quản lý, khai thác cao

+ Kỹ thuật tưới phức tạp, đòi hỏi trình độ cao

+ Chất lượng tưới bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết

d) Phương pháp tưới phun mưa

- Là một kiểu khác của thiết bị tưới áp lực thấp, bao gồm: tưới nhỏ giọt, tưới phun, tưới ngầm, tưởi sủi, và hệ thống ứng dụng chính xác nguồn năng lượng thấp –

Vi tưới là phương pháp tưới không làm ướt toàn bộ bề mặt đất mà chỉ cung cấp nước vào bộ phận cẩn thiết của cây trồng

Hình 2.2: Mô hình tưới nhỏ giọt vườn rau gia đình

- Các phương pháp của vi tưới:

+ Tưới phun: là việc cung cấp nước thường xuyên trên bề mặt đất hoặc vùng

rễ cây hoạt động, giữ lượng nước phù hợp nhất cho vùng thiết yếu này

+ Tưới nhỏ giọt: cung cấp nước thành các giọt rời rạc, chậm và gần như liên tục

+ Tưới ngầm: Cung cấp nước dưới bề mặt của đất bằng các hệ thống ống ngầm dưới đất, có đục lỗ

+ Tưới sủi: cung cấp nước trên bề mặt đất trong một vùng nhỏ từ ống được cố định, với các ông chính bị chôn dưới đất

+ Tưới phun: nước được cung cấp dưới dạng giống như sương mù phía trên bề mặt đất, sử dụng các vòi phun nhỏ được gọi là vi tưới phun mưa

2.1.2 Lựa chọn phương pháp phù hợp cho đề tài

- Chúng Tôi hướng đến tưới vườn cây hoa màu nên chúng em chọn phương pháp tưới dạng phun mưa sử dụng béc

2.2 Sơ đồ khối hệ thống tưới nước cho cây hoa màu

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống

2.3 Các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống

- Hệ thống phải có tính năng tưới tự động theo thời gian hẹn trước

- Hệ thống phải cài đặt được số van

- Hệ thống có thể tắt mở từ xa qua tin nhắn SMS

- Hệ thống phải có công tắc dòng chảy để bảo vệ bơm

- Hệ thống phải có chế độ bảo vệ nhiệt cho bơm nước

2.4 Lựa chọn béc tưới

- Việc chọn béc tưới phụ thuộc vào ta muốn tưới loại cây gì Trong đề tài này chúng em hướng tới tưới cây cà phê nên chúng em chọn béc tưới Nelson R33.Là dòng béc phổ biến cho các dự án tưới cánh đồng cỏ, tưới cánh đồng mía, tưới Cà Phê, Tưới Hồ tiêu, và tưới Thanh Long Với ưu điểm vượt trội so với các béc cùng loại đó là bán kính lớn, có thể đạt 15.5m và lưu lượng ~2m3/giờ Thiết bị có 5 điểm xé nước, giúp nước phân phối đều từ chân béc cho đến vị trí cuối cùng

Hình 2.4 Nelson R33

- Các thông số kỹ thuật của Béc tưới Nelson R33:

Chiều cao cọc đỡ béc (càng cao bán kính

càng lớn)

Lưu lượng m3/giờ : 1,8

Độ đồng đều (100% – mọi điểm nhận

được lượng nước bằng nhau)

* Tại mức áp suất 3.45bar

2.5 Lựa chọn máy bơm nước cho đề tài

2.5.1 Những yếu tố để chọn bơm tưới

Để chọn máy bơm, thường chúng ta phải căn cứ vào một số yếu tố chính sau đây:

- Lưu lượng cần tưới

- Áp suất nước: Mọi thiết bị tưới đều cần một mức áp suất nhất định để có thể hoạt động

- Nguồn điện: Nếu là nguồn điện 1 pha (nguồn điện ta sử dụng cho sinh hoạt hàng ngày) thì có thể chỉ chạy được máy bơm tối đa 3HP Có một số bơm hỏa tiễn nhập khẩu có thể đạt 10HP chạy điện 1 pha

- Loại máy bơm: Hiện có nhiều loại bơm như bơm Hỏa tiễn, bơm ngang, bơm trục đứng… căn cứ vào yêu cầu về lưu lượng, cột áp (áp suất), sau đó tra biểu đồ hoạt động của máy bơm để từ đó chọn công suất máy bơm phù hợp

2.5.2 Chọn máy bơm cho đề tài

 Những yêu cầu đưa ra như sau :

+ Tưới cho 1 hecta = 10000 m2 = 100m*100m

+ Sử dụng điện 1 pha 220V – AC

+ Sử dụng Béc tưới Nelson R33 với các thông số kỹ thuật như trên

Hình 2.5 Bố trí béc tưới cho 1 hecta

động nên chúng ta sẽ chia ra nhiều lần tưới nhằm để giảm công suất bơm cho một lần tưới Ngoài ra chúng ta còn kết hợp với chức năng cài thời gian cho một lần tưới để đạt hiệu quả tốt nhất Ở đây chúng ta chọn 8 lần tưới

béc

34.5 m

+ Cột áp : 137 m

+ Công suất : 5Hp

+ Điện áp sử dụng 220 V – 50HZ

CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Board mạch điều khiển Arduino

3.1.1 Giới thiệu về thế giới Arduino

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm

Hình 3.1: Một số chức năng của các chân trên board mạch Arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK

dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác?

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm

2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino

Hình 3.2: Những thành viên khởi xướng Arduino

3.1.2 Các thông số chính của Arduino Nano

Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno

do cùng sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno

Hình 3.3: Sơ đồ Arduino Nano

Hình 3.4: Sơ đồ chân Arduino Nano

 Các thông số chính của Arduino Nano :

IC nạp và giao tiếp UART CH340

Điện áp hoạt động 5V - DC

Điện áp đầu vào khuyên dùng 7-12V - DC

Điện áp đầu vào giới hạn 6-20V - DC

Số chân Digital I/O 14 (trong đó có 6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit, nhiều hơn Arduino Uno 2 chân)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA

Bộ nhớ flash 32 KB với 2KB dùng bởi bootloader

3.3 Tìm hiểu về hệ truyền thông không dây và Module thu phát RF

3.3.1 Hệ truyền thông không dây là gì ?

- Truyền thông không dây: là việc truyền tải thông tin qua một khoảng cách

mà không cần dây dẫn làm môi trường truyền

Hình 3.5: Mô hình đơn giản của hệ truyền thông không dây

- Các thông số chính của hệ truyền thông không dây :

+ Băng tần (kênh)

+ Dung lượng và băng thông tần số xác định (bit - rate)

+ Kiểu truyền : bán song công, song công

- Mô hình của hệ truyền thông không dây

Hình 3.6: Mô hình của hệ truyền thông không dây

 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền thông không dây

Ưu điểm :

+ Không phụ thuộc vào dây dẫn + Bao phủ toàn cầu

+ Mềm dẻo + Luôn giữ liên lạc + Cài đặt dễ dàng và chi phí thấp + Khả năng phục hồi sau thảm họa tốt hơn

+ Nguy cơ về sức khỏe

3.3.2 Module thu phát RF HC-12 SI4463 433MHz

- Module thu phát RF UART SI4463 tần số 433Mhz HC-12 (433Mhz HC-12 SI4463 Wireless Serial Port Module) đạt khoảng cách 1km với môi trường lý tưởng Module có thể dễ dàng cài đặt và sử dụng Với module bạn có thể giao tiếp bằng giao thức UART với khoảng cách khá xa Dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa,

Module hoạt động ở tần số 433MHz

* Thông số kỹ thuật:

- Điện áp: 3.2 > 5.5V

- Khoảng cách hoạt động : khoảng 600m, có thể đạt 1000m ở môi trường

lý tưởng

- Tốc độ truyền: 5000bps trong không khí

- Dòng cấp: 16mA (ở chế độ chờ)

- Tần số hoạt động: 433.4 > 473.0MHz công suất phát tối đa 100mW (có thể cài đặt)

modem wireless thì việc gửinhận dữ liệu thông qua sóng

Giống như một điện thoại di động GSM , một modem GSM yêu cầu 1 thẻ sim

với một mạng wireless để hoạt động.Module SIM 900 là một trong những loại modem GSM Nhưng Module SIM900 được nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó sử dụng công nghệGSM/GPRS hoạt động ở băng tầng GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhzvà PCS 1900Mhz,

có tính năng GPRS của Sim 900

Hình 3.8: Module sim900

3.4.2 Các thông số chính module sim900

+ Nguồn cung cấp khoảng 3,4 – 4,5V

+ Nguồn lưu trữ

+ Băng tần: GSM 850Mhz EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz và PCS 1900Mhz SIM900 có thể tự động tìm kiếm các băng tần

+ Giới hạn nhiêt độ :

 Bình thường -300C tới +800C

 Hạn chế : - 400C tới -300C và +800C tới +850C

 Nhiệt độ bảo quản: -450C tới 900C

+ Dữ liệu GPRS :

 GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kbps

 GPRS dữ liệu úp lên: Max 42.8 kbps

+ Sim 900 hổ trợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP

 Sim 900 tích hợp giao thức TCP/IP

 Chấp nhận thông tin được điều chỉnh rộng rãi

+ SMS :

 MT, MO, CB, Text and PDU mode

+ Lập trình điều khiển thông qua các lệnh AT

3.5 Van điện từ

3.5.1 Van điện từ là gì ?

- Van điện từ ở các nước phương Tây còn được gọi với cái tên solenoid valve

Đây là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát dòng chảy chất khí hoặc lỏng

dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ

- Dựa vào cấu tạo và hệ thống mà nó áp dụng người ta sẽ đặt những tên phù hợp như: van điện từ hệ thống khí nén,van điện từ khí nén,van điện từ nước, van điện từ hệ thống điều hòa, v.v còn nếu trường hợp van có thể tự động

đóng mở, sẽ được gọi là van điện từ tự động

Hình 3.9: Hình ảnh van điện từ trong thực tế

3.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van điện từ

- Van điện từ là thiết bị hoạt động điện cơ, được vận hành và điều chỉnh bởi

dòng điện thông qua tác dụng lực của điện từ Van khí néncó khá nhiều loại,

chính vì vậy tùy theo tùy theo yêu cầu kĩ thuật của mỗi van như tính chất, nhiệt độ của chất lỏng hoặc khí… mà cấu tạo van điện từ cũng khác nhau Thường có 2 loại van là van điện từ 2 cửa và 3 cửa Nếu là van 2 cửa, cửa vào - cửa ra và sẽ thay phiên nhau đóng - mở (cửa vào mở thì cửa ra sẽ đóng

và ngược lại) Nếu van 3 cửa, 2 cửa ra sẽ thay phiên nhau đóng mở giúp cho van hoạt động

- Ở các hệ thống thiết kế máy phức tạp người ta thường sử dụng nhiều van điện từ ghép lại với nhau theo nguyên tắc thích hợp nhất định

Hình 3.10: Cấu tạo của van điện từ

 Chú thích:

1 Thân van: Làm bằng đồng hoặc inox, nhựa…

2 Môi chất: khí ( khí nén, gas, v,v) hay chất lỏng (nước, dầu)

3 Ống rỗng ( lưu chất chưa qua)

4 Vỏ ngoài cuộn hít (để bảo vệ cuộn điện)

5 Cuộn từ (Cuộn dây từ)

6 Dây điện được nối kết với nguồn điện bên ngoài

7 Trục van làm kín bình thường lò xo ở số 8 sẽ tác động ép kín, làm cho

van ở trạng thái đóng)

8 Lò xo

9 Khe hở để lưu chất đi qua

- Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của van điện từ hoạt động theo 1 nguyên

lý chung như sau:Có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi săt và 1 lò so nén vào lõi sắt, trong khi đó, lõi sắt lại tỳ lên đầu 1 giăng bằng cao su Bình thường nếu không có điện thì lò so ép vào lõi sắt, van sẽ ở trạng thái đóng

Nếu chúng ta tiếp điện, tức là cho dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường sẽ tác động làm hút lõi sắt ra, từ trường này có lực đủ mạnh để thắng được lò so, lúc này van mở ra.Hầu hết các loại van điện từ thường đóng (van điện từ phổ biến nhất) được hoạt động dựa vào nguyên lí này Nguyên lí hoạt động của các van điện từ thường mở cũng hoạt động trên nguyên lí tương tự

như thế

3.5.3 Ứng dụng của van điện từ

- Van điện từ được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực công nghiệp, dân dụng được sử dụng rộng rãi nhất là trong các lĩnh vực liên quan đến khí nén và chất lỏng Nhiệm vụ của chúng là đóng, mở, phân chia, trộn lẫn khí nén từ máy nén khí hoặc từ dầu thủy lực từ bơm thủy Nó dùng hơi nước nóng dầu khí nén gas cho hệ thống khách sạn, nồi hơi, lò sấy và thủy điện

- Ví dụ về ứng dụng của van điện từ như van cấp nước máy giặt, van xả nước

máy giặt, van đảo chiều của điều hòa không khí 2 chiều trong điều hòa không khí trung tâm, hay hệ thống phòng cháy

3.11: Ứng dụng của van điện từ trong tưới tự nước tự động

3.5 Solid State Relay (SCR)

- Khối này phải đảm bảo hai yêu cầu : cách ly về điện và đóng ngắt đáng tin cậy Có thể dùng relay để đảm bảo yêu cầu cách ly về điện nhưng lại xảy ra tia lửa điện khi đóng ngắt công suất lớn, cũng như độ trễ tương đối lớn không phù hợp cho đóng ngắt trong khoảng thời gian bé Qua đó ta thấy việc dùng bán dẫn là hiệu quả hơn cả Trong dự án này nhóm đề xuất sử dụng SSR relay bán dẫn nhằm đảm bảo tốt cả 2 yêu cầu trên

- Ưu điểm của SSR:

+ Đóng ngắt bằng bán dẫn nên tăng độ bền hơn so với dùng tiếp điểm

+ Giảm thiểu ảnh hưởng của trường điện từ

+ Thời gian đáp ứng nhanh

+ Chống Shock và nhiễu tốt

+ Không tạo ra tiếng ồn khi đóng ngắt

+ Độ tin cậy cao

- Cấu tạo bên trong của SSR : Đầu vào đầu vào chỉ đòi hỏi một dòng điều khiển nhỏ, và khả năng tương thích tốt hơn với mạch tích hợp TTL, HTL, CMOS Và mạch đầu ra thông qua thyristor hoặc transistor công suất cao để kết nối và ngắt kết nối tải trọng hiện tại Các đầu vào và đầu ra kết nối với photocoupling, on- off mà không có thành viên liên lạc, do đó nó có rất nhiều

ưu thế, chẳng hạn như đáng tin cậy, không tiếng ồn, tuổi thọ cao, khối lượng nhỏ, không có tia lửa, chống ăn mòn và chống rung

Hình 3.13: Sơ đồ cấu tạo bên trong của SSR

3.6 Màn hình LCD 20*4

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và

kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ …

3.6.1 Hình dáng và sơ đồ chân của LCD 20*24

Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1

là loại LCD thông dụng

Hình 3.14: Hình dáng của loại LCD thông dụng

Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình dưới :

Hình 3.15: Sơ đồ chân của LCD

 Chức năng các chân :

Chân Ký

hiệu

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VCC=5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0”

(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở

Bảng 3.6.1 Chức năng các chân của LCD

3.6.2Các thông số kỹ thuật của LCD

Chân cấp nguồn Vcc-GND 2.7V đến 5.5V

Điện áp vào mức cao VIH 2.2V đến Vcc

Điện áp vào mức thấp VIL -0.3V đến 0.6V

Điện áp ra mức cao (DB0-DB7) Min 2.4V (khi IOH = -0.205mA) Điện áp ra mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA)

Dòng điện ngõ vào (input leakage -1uA đến 1uA (khi VIN = 0 đến Vcc)

chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic

“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp