hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520

hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520,hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế hệ thống tưới nước tự động

Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Tuấn Anh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trung Hiếu

Hà Nội - 2021

LỜI NÓI ĐẦU

Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng nhưchưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế Rất nhiềuquy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách thủ công vàkhông đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoài những kỹthuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhấttrong trồng trọt, để đảm bảo cây trồng sinh trưởng và phát triển bình thường,tưới đúng và tươi đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâubệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất hiệu quả cao

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Công Nghiệp Hà

Nội đã tận tình dạy dỗ trong suốt những năm qua Trong đó phải kể đến quýthầy cô trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốt nghiệp

này Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS.Nguyễn Tuấn Anh đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em

trong quá trình thực hiện đề tài Cung cấp cho em những kiến thức quý báu cũngnhư những lời khuyên cực kỳ hữu ích Tạo động lực cho em hoàn thành tốtnhiệm vụ của mình

Em xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạncho việc thực hiện đề tài này Để hoàn thành em đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránhkhỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những lời góp ý chân thành từthầy cô và các bạn để có thêm những hiểu biết và hoàn thiện hơn trong quá trìnhlàm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung Hiếu

CHƯƠNG 1: MỤC LỤC

MỤC LỤC IDANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH IIIDANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7

LỜI CẢM ƠN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

MỞ ĐẦU ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNGError! Bookmark not defined.

1.1 Khái niệm về hệ thống tự động Error! Bookmark not defined 1.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất Error! Bookmark not defined.

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng Error!

Bookmark not defined.

1.4 Các dạng chính của hệ thống tưới tự độngError! Bookmark not defined.

1.5 Các nghiên cứu ở nước ngoài 201.6 Các nghiên cứu trong nước 211.7 Quy trình công nghệ 21

1.8 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 31

2.2.3 Khối hiển thị thời gian thực Ds1307Error! Bookmark not defined.

2.2.4 Khối hiển thị LCD 34

2.2.5 Khối nguồn sử dụng LM2576 Error! Bookmark not defined.

2.2.6 Khối tạo dao động 36

2.3 Giao thức I2C Error! Bookmark not defined 2.3.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined.

2.3.2 Đặc điểm giao tiếp I2C Error! Bookmark not defined 2.3.3 Chế độ hoạt động (tốc độ truyền) Error! Bookmark not defined 2.3.4 Tín hiệu START và STOP Error! Bookmark not defined 2.4 Lưu đồ thuật toán Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC CÁC HÌNH Ả

Hình 1 1 Hệ thống tưới nước phun mưa [2] XHình 1 2 Hệ thống tưới nước phun xương [2] XIIIHình 1 3 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt [2] XVIHình 1 4 Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ [2] XVIII

YHình 2 1 Sơ đồ chân của PIC 18F4520 [3] XXIIHình 2 2 Tổ chức bộ nhớ chương trình [3] XXVHình 2 3 Bộ nhớ dữ liệu RAM[3] XXVIHình 2 4 Cảm biến LM35 [4] XXIXHình 2 5: mạch thu phát HC05 XXXHình 2 6 Khối hiển thị LCD [9] XXXII

Hình 3 1: sơ đồ hệ thống XXXVIIHình 3 2: Sơ đồ khối điều khiển trung tâm XXXVIIIHình 3 3: Sơ đồ phím bấm bật tắt quạt và đèn XXXIXHình 3 4: sơ đồ khối nguần điều khiển XLHình 3 5: chân cắm cảm biến DHT11 XLHình 3 6: thực hiện nạp mạch XLHình 3 7: khối nguần động lực điều khiển cho máy bơm XLIHình 3 8: Mạch in XLIIHình 3 9: Sơ đồ mạch in XLIIIHình 3 10: giao diện hệ thống XLIXHình 3 11: Thực hiện code bằng cách kéo thả XLIX

DANH MỤC BẢNG BIỂ

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ

SSP Synchronous Serial Port Cổng giao tiếp đồng

SFG Special Function Register Thanh ghi chức năng

đặc biệt của bộ nhớ dữ liệu

GPR General Purpose Register Thanh ghi mục đích

OUT

Square Wave/ OutputDriver

Ngõ ra tạo xungvuông của Ds1307

LCD Liquid Crystal Display Màn hình hiển thị

LCD

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TƯỚI

CÂY TỰ ĐỘNG

1.1 Hệ thống điều khiển tự động

Điều khiển tự động là ứng dụng của lý thuyết điều khiển tự động vào việcđiều khiển các quá trình khác nhau mà không cần tới sự can thiệp của con người.Một trong những dạng điều khiển đơn giản nhất là điều khiển vòng kín, một bộđiều khiển sẽ so sánh một giá trị đo được với một giá trị đặt, và xử lý tín hiệu sai

số thu được để thay đổi đầu vào của quá trình, theo đó đầu ra được điều khiển ổnđịnh quanh giá trị đặt Điều khiển vòng kín trên là ứng dụng điều khiển phản hồi

âm Cơ sở toán học của lý thuyết điều khiển bắt đầu từ thế kỷ 18, và được pháttriển hoàn thiện vào thế kỷ 20 Việc thiết kế một hệ thống với các đặc điểm của

lý thuyết điều khiển thường yêu cầu các phản hồi điện hoặc cơ để thu nhận cácbiến đổi của đặc tính động học của các hệ thống điều khiển Việc điều khiểnđược thực hiện thông qua điều chỉnh năng lượng đầu vào của hệ thống

Những sản phẩm thực tế có chu kì tuần hoàn cả cách vận hành với quytrình thiết kế, để giảm những áp lực đó người ta đã hình thành lên cách điêukhiển sự việc một cách tự động

1.2 Điều khiển tự động trong tưới tiêu cây trồng

Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương ) là hệ thống thiết

bị tưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụngrộng ở các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tướinước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công Vốn đã rất phổ biến tửnhiều nước trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây việcvận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự độngcũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình

hiện đại hóa, nông nghiệp hóa nông thôn nhưng không phải người dân nào cũngmạnh dạn đưa vào sử dụng vì chi phí đầu tư cao

Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộcsống con người, làm cho cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi vàhiện đại Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã tạo ra những thiết bị máy móchiện đại thay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏi độ chínhxác cao

Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu

tự nhiên và với những phương pháp canh tác truyền thống không mang lại năngsuất cao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng được nângcao, đòi hỏi chất và lượng nâng cao Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiến

có khả năng đo đạc và điều khiển các thông số của môi trường như: nhiệt độ, độ

ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn phát triểncủa cây trồng

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em đã nghiên cứu và tiến hànhthiết kế mô hình hệ thống tưới tự động

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, nângcao 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 triểntuy nền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việctưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nướcđang phát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là cácnước Đông Nam Á nói chung và trong đó có Việt Nam

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự độnghóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đãcho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực không chỉ trên

lĩnh vực nông nghiệp Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho bất

kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào muốn phát triển kinh tế trên Thế giới

1.3 Các nghiên cứu trước đó về tưới tiêu cây trồng một cách tự động

1.3.1 Các dạng cơ bản của hệ thống tưới cây tự động

Về cơ bản hệ thống tưới nước tự động có 4 dạng chính:

- Tưới phun mưa:

Đây là hệ thống tưới nước tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầuphun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây Hệ thống này giúp bà con nôngdân tưới cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nâng cao hiệu quả kinh tế Phương phápnày có tác dụng làm tăng độ ẩm cho đất và làm mát cho cây trồng, tạo điều kiệnkích thích cây trồng sinh trưởng và phát triển Hệ thống này được áp dụng phổbiến nhất do phù hợp với nhiều mô hình canh tác từ hoa màu cho đến cây ănquả, cây công nghiệp Nước ra vòi phun, béc phun theo dạng mưa, từng hạt,từng hạt có khả năng văng xa, tùy theo áp lực nước

Ưu điểm: Tưới phun mưa có hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chếcao độ tổn thất nước do bốc hơi vì tia phun ngắn

 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điềuchỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng Không tạo nên dòng chảy trênmặt đất không phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ

 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnh chophù hợp sự tăng trưởng của cây trồng Cường độ tưới phun mưa và diện tíchlàm ướt có thể được điều chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng

 Do toàn bộ hệ thống đường ống tưới phun mưa đặt ngầm nên tiết kiệmđất Thuận tiện việc chăm sóc, canh tác trên đồng ruộng Mặt khác cũng dễ dàng

tự động hóa từng phần hoặc toàn phần hệ thống tưới phun mưa Cũng như việc

cơ khí hoá và tự động hóa phần thiết bị điều khiển Thiết bị tưới phun mưa đượcđiều khiển toàn bộ hệ thống từ xa theo chương trình lập sẵn Nên tiết kiệm sứclao động và nâng cao năng suất tưới

 Nâng cao năng suất tưới và năng suất các khâu canh tác nông nghiệpkhác Sử dụng áp lực làm việc loại trung bình và thấp Đồng thời lưu lượng tướiphun mưa yêu cầu nhỏ nên tiết kiệm năng lượng và nguồn nước Có tác dụng cảitạo vi khí hậu khu tưới Hạn chế sâu bệnh, cỏ dại phát triển Kết hợp được tướitưới phun mưa với phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học Rất phù hợp với cáccây trồng mềm yếu (vườn hoa, vườn ươm, cây đang ra hoa, thụ phấn)

 Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một sốdung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại Tuy nhiên, nếu phải thường xuyêntiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Vì thế, sảnphẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng Bên cạnh đó, với mật độphun đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiềugây ngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật

Nhược điểm:

 Các loại béc tưới phun mưa dễ bị tắc nghẽn (khi nước tưới có nhiều tạpchất), nhất là đối với các vòi phun sương mù (Mist Sdrayer) có các lỗ tưới phunmưa rất nhỏ

 Yêu cầu trình độ nhất định trong thiết kế xây dựng và quản lý hệ thốngtưới phun mưa

 Vốn đầu tư cho hệ thống tưới phun mưa ban đầu cao hơn so với các kỹthuật tưới cổ điển

 Các đường ống tưới phun mưa và thiết bị hay hư hỏng, dễ bị mất mát, pháhoại do con người và côn trùng tại mặt ruộng (điều này rất dễ xảy ra ở ViệtNam).

Hình 1 1 Hệ thống tưới nước phun mưa [2]

- Tưới phun sương:

Tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơm tăng

áp Nguồn nước đưa vào được nén với áp suất cao qua những vòi được thiết kếđặc biệt sẽ chuyển hóa thành dạng sương siêu mỏng với kích thước hạt nhỏ, dễkhuếch tán vào môi trường xung quanh Tưới phun sương thường được lắp trongcác khu vườn ươm giống, các vườn hoa trong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rauthủy canh, trồng hoa, tưới cảnh quan…

Ưu điểm:

 Có tác dụng ngăn bụi, điều hòa vi khí hậu, giúp không khí mát mẻ và cóthể tận dụng lúc tưới để phun các loại thuốc bổ trợ cho cây trồng Kích thước hạtnhỏ, mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng, không gây hại cho cây

 Nhắc đến thiết bị tưới phun sương là phải nhắc đến công dụng đầu tiêncủa sản phẩm này là chống lãng phí nước Nếu so với việc tưới thủ công tốn khánhiều nước, thì thiết bị này giúp người trồng trọt tiết kiệm được nguồn tàinguyên quý giá và không thể thiếu đối với sự sống của cây trồng Cường độ tưới

có thể điều chỉnh cho thích hợp với từng loại cây trồng, cộng thêm thiết bị có thểtưới trên diện rộng, nên thiết bị này không chỉ chống lãng phí nước mà còn tiếtkiệm thời gian tưới cây

 Lợi thế tiếp theo của thiết bị này là giúp cho người trồng trọt đỡ vất vả,

đỡ tốn công sức tưới hoặc thuê người tưới Thay vì mất vài giờ đồng hồ chỉ đểtưới cây, trong khi thời gian là tiền bạc, chủ vườn cây có thể dành thời gian đó

để làm việc khác, hoặc ngồi ngắm nhìn khu vườn đang sai trĩu quả hoặc đang trổhoa đẹp mắt Vừa tiết kiệm nước, vừa tiết kiệm công sức lao động quả là thiết bịđáng phải xem xét để đầu tư

 Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một sốdung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại Tuy nhiên, nếu phải thường xuyêntiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Vì thế, sảnphẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng Bên cạnh đó, với mật độphun đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiềugây ngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật

 Với sân vườn nhỏ, khách hàng có thể tự lắp ráp hệ thống tưới phun sương

tự động theo hướng dẫn ghi trên hộp, hoặc theo hướng dẫn của nhà cung cấp.Đối với diện tích sân vườn lớn hơn, bạn vẫn có thể tự lắp ráp nhưng tốt nhất lànên có sự hỗ trợ kỹ thuật từ phía người bán, vì họ có nhiều kinh nghiệm và họ sẽgiúp bạn có được hệ thống tưới hiệu quả nhất Tính năng tự động không thể

không nhắc đến khi nói về sản phẩm này Người sử dụng chỉ cần đứng ở đầunguồn nước để mở vòi, hoặc lắp đặt hệ thống tưới tự động hẹn giờ, lúc này thiết

bị sẽ tưới theo đúng thời gian và lượng nước được cài đặt sẵn

 Không gây dòng chảy mặt: Các hạt sương có kích thước nhỏ, di chuyểnvới vận tốc bé trong không khí

20 năm Nếu bạn lấy vốn ban đầu chia cho số năm sử dụng, bạn sẽ thấy đượcthiết bị này vừa tiện lợi, lại vừa tốn ít chi phí trung bình phải bỏ ra

• Thiết bị sử dụng công nghệ hiện đại đòi hỏi người sử dụng phải có kiếnthức nhất định về sản phẩm, cũng như cách dùng Với diện tích đất trồng haysân vườn lớn, bạn cần có bản thiết kế hoàn chỉnh trước khi bắt tay vào lắp đặt,chưa kể đến bạn cần có thông tin cách sử dụng sao cho hiệu quả nhất Tuynhiên, bạn cũng không cần quá lo lắng, vì đa phần các nhà cung cấp thiết bị tướiphun sương uy tín đều có đội ngũ nhân viên kỹ thuật giàu kinh nghiệm Họ sẽgiúp đỡ bạn từ khâu thiết kế, lắp đặt, đến vận hành hệ thống tưới tự động này

Hình 1 2 Hệ thống tưới nước phun xương [2]

- Tưới nhỏ giọt:

Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước sẽđược tưới trực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá Từđây hạn chế đến tối đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinh dưỡng

để phát triển Nước ra từ các đầu vòi theo dạng từng giọt, từng giọt một tưới trựctiếp vào gốc cây thích hợp cho việc tưới không gian lớn cho cây ăn quả, cây lâunăm

Ưu điểm

 Đảm bảo cung cấp độ ẩm đồng đều cho đất canh tác, ngoài ra còn điềuhòa được các yếu tố như nhiệt độ, chế độ không khí, nước, thức ăn, quang hơpcủa cây…

 Tưới nhot giọt giúp tiết kiệm nước một cách tối đa, giảm đến mức thấpnhất sự hao hụt về nước do thấm ra đất hay bốc hơi.

 Tránh hiện tượng xói mòn, rửa trôi đất, tập trung muối về 1 nơi khiến đấtkhông đồng đều về dinh dưỡng

 Là bước đệm cho cơ giới hóa, tự động hóa trong nông nghiệp, năng suấtlao động tăng lên đáng kể nhưng lại ít tốn nhân công và giảm thời gian lao độngchân tay bởi vì thao tác bón phân hay bơm thuốc bảo vệ thực vật dễ dàng kếthợp cùng quá trình tưới

 Tưới nhỏ giọt ít phụ thuộc vào cấu trúc địa hình, không phá vỡ kết cấucủa đất, thích hợp với mọi điều kiện địa hình ở nước ta

 Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành

 Góp phần ngăn chặn cỏ dại, sâu bệnh do chỉ đủ nước cho gốc cây chứkhông phung phí ra các vùng xung quanh

 Và đặc biệt, hệ thống tưới nhỏ giọt luôn duy trì độ ẩm ở mức độ tốt nhất,phù hợp với từng loại cây trồng, do đó, tăng năng suất cây và giúp cây đạt chấtlượng vượt trội

Nhược điểm:

 Dễ bị tắc ngẽn do rong rêu, bùn, chất cặn trong dinh dưỡng hay nguồnnước, do đó nguồn dung dịch đi qua ống tưới cần có bộ lọc trước khi đến câytrồng

 Không thể làm mát cây và tăng khả năng quang hợp của lá nhưng các hệthống tưới khác

Chi phí ban đầu khá cao

 Đòi hỏi người đầu tư phải am hiểu về kỹ thuật tưới nhỏ giọt mới vận hànhđược

 Nếu quá trình tưới nhỏ giọt bị gián đoạn chất lượng cây trồng sẽ xuốngcấp cực kỳ nhanh so với những cách tưới khác.

Như vậy, sau khi so sánh những ưu – nhược điểm của hệ thống tưới nhỏgiọt bạn có thể chọn cho mình cách tưới tiêu hợp lý nhất tùy vào loài cây và khảnăng tài chính của bạn

Có 2 hệ thống tưới nước nhỏ giọt phổ biến:

 Tưới nhỏ giọt dọc luống: Được áp dụng đầu tiên trong nông nghiệp có lẽ

là hình thức tưới nhỏ giọt dọc luống Với khả năng nhân rộng cao, chủ vườn chỉcần lắp đặt một đường ống nước và đặt dọc theo các luống cây Mỗi gốc cây sẽlắp thêm một béc để dòng nước chảy nhỏ giọt ra từ từ

 Tưới nhỏ giọt quanh gốc: Từ phương pháp tưới nhỏ giọt dọc luống cũ,các nhà khoa học đã nghiên cứu và cải tạo thành tưới nhỏ giọt quấn quanh gốc.Phương pháp này phù hợp để sử dụng cho những loại cây trồng có nhu cầu cao

về lượng nước, nhưng việc áp dụng các biện pháp tưới phun sương lại khôngphù hợp

Hình 1 3 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt [2]

- Tưới cảnh quan, tưới cỏ:

Hệ thống tưới tự động được hiểu đơn giản là có thể hoạt động mà khôngcần sự tác động của con người Mọi hệ thống tưới nhỏ giọt, phun mưa, tưới cảnhquan, sân vườn đều có thế áp dụng tưới tự động thống tưới tự động thông quacác thiết bị điện tử như bộ hẹn giờ và các thiết bị cơ khí khác

Việc áp dụng hệ thống tưới tự động có thể làm tăng chi phí ban đầu nhưng

về lâu dài các năm sau chi phí để chăm sóc cây trồng sẽ giảm thiểu tối đa dogiảm thiểu về nhân công lao động, tiền điện, tiền nước

Ưu điểm

 So với việc tưới cây thủ công thì hệ thống tưới cảnh quan tự động giúptiết kiệm được 60% lượng nước Chính điều này đã giúp giảm chi phí tiền nướchàng tháng của mỗi gia đình, mỗi công ty Đồng thời cũng giúp giảm được sứclực chăm sóc của con người Không chỉ vậy, đặc điểm của hệ thống này đó làđược lắp đặt cố định nên nó sẽ giúp đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các thiết bị tướitiêu.

 Bên cạnh đó, hệ thống tưới cảnh quan còn giúp bạn tiết kiệm được nhiềuthời gian chăm sóc cây, từ đó có thêm thời gian để tập trung vào những việckhác trong cuộc sống Khu vườn của bạn sẽ trở nên tươi mới, sống động hơn nếuđược lắp đặt hệ thống tưới cảnh quan tự động Từ đó công trình sân vườn do bạntâm huyết chăm sóc sẽ trở nên ấn tượng và thu hút hơn rất nhiều Điều này cũnggiúp con người thư thái và thoải mái hơn khi ngắm những loại cây cảnh ưathích Vì hệ thống này có bộ cảm biến và tắt tự động vì vậy nó giảm lượng bụibẩn, ô nhiễm vào nguồn nước từ các dòng chảy, giúp bảo vệ môi trường tronglành hơn

Hình 1 4 Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ [2]

1.3.2 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tựđộng: Đầu những năm 80, Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứngdụng trong nông nghiệp Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩmcủa thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phươngpháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạokhác Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tựđộng mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phépDroplet 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 phântích các dữ liệu đầu vào Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điềuchỉnh 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 loạicây có mặt trong vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối khôngdây 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 vớitừng loại cây Bên cạnh đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiếtcủa địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thíchhợp Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầutưới của người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thốngmột nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàntất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến.

1.3.3 Các nghiên cứu trong nước

Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tự động vào trongcuộc sống Người dân đã sáng tạo ra các hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sứclao động, hiệu quả mang lại cao hơn so với tưới thủ công Tuy nhiên hệ thốngnày còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao nhất có thể

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

Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảngviên rường 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 1cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màngtrồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 Khi các cảm biếncho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cầnnước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC Tại đây các chức năng sẽđược điều khiển tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo cácvòi phun lắp đặt, và sẽ tự ngừng trong đúng 5 phút, khi cảm biến báo độ ẩmhoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu

1.7 Tổng quan về đồ án

Ta có thể đưa ra được tổng quan về đồ án như sau:

- Cảm biến đo độ ẩm, nhiệt độ truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để tướinước một cách tự động (khô thì tưới, thừa nước thì ngừng luôn duy trì độ ẩm ởmức ổn định để cây phát triển nhanh) Có thể điều khiển tưới thước bằng tay khicần thiết

- Cảm biến đo mức nước truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để xác địnhxem có cần bơm nước vào bình hay không (cạn thì bơm, đầy thi tự ngắt) Có thểđiều khiển máy bơm bằng tay khi cần thiết

- Cảm biến đo áp nước trên đường ống từ máy bơm lên bể nước truyền dữliệu đến bộ điều khiển để xem áp suất nước có quả tải đường ống không

- Khi nước được tưới ở đâu thì sẽ có đèn báo hiệu ở vị trí đó

Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng trong thực tiễn Tuy nhiên, dogiá thành quá cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị đó

Vì vậy, em đã thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm củakhông khí để quyết định thời gian tưới cho cây trồng Hệ thống chế tạo đơngiản, chi phí thấp dễ sửa chữa…

1.9 Kết luận chương 1

Qua những thông tin về nền nông nghiệp, công nghiệp của Việt Nam

và của các nước phát triển trên thế giới nên trên Chúng ta thấy rằng không ápdụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một thiếu sót rấtlớn đối với một đất nước chủ yếu về nông nghiệp Tuy nhiên để áp dụng côngnghệ hiện đại như ở Israel hay Nhật Bản vào nền nông nghiệp nước ta ngay lúcnày là điều rất khó khăn vì những hệ thống đó đòi hỏi phải đầu tư rất cao vớinhững người nông dân ở Việt Nam Từ thực tế đó chúng em thấy rằng mìnhhoàn toàn có thể học hỏi và thiết kế những hệ thống tự động hóa đơn giản trongnông nghiệp với giá thành rẻ hơn nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu của một hệthống thông minh Qua quá trình khảo sát tại một số khu vườn và thực tế trồngtrọt tại gia đình, để tài của em làm là “Thiết kế hệ thống tưới nước tự động sử

dụng vi điều khiển PIC 18F4520" Đây là một đề tài có tính ứng dụng rất thực

tế Nội dung thiết kế chi tiết sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ

PHẦN MỀM ĐƯỢC SỬ DỤNG

2.1 CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG

2.1.1 Khối vi điều khiển PIC 18F4520

Hình 2 1 Sơ đồ chân của PIC 18F4520 [3]

Các chức năng:

- Chân 1->7: Port A (RA) là các port I/O

- Chân 33->40: Port B (RB) là các port I/O

- Chân 15->18: và chân 23->26: Port C (RC) là các chân I/O

- Chân 19->22 và chân 27->30: Port D (RD) là các chân I/O

- Chân 12 và 31: Nối mass

- Chân 11 và 32: Nối nguồn

2.2.1.1 Một vài thông số về PIC 18F4520

Bộ vi điều khiển ghi tắt là Micro- controller là mạch tích hợp trên một chip có

thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Theo các tậplệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử líthông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó.

Trong các thiết bị điện và điện tử các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt độngcủa TV, máy giặt, điện thoại…Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điềukhiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lường giám sát, các hệ thống càngthông minh, hiện đại thì vai trò của vi điều khiển càng ngày càng quan trọng.Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 củaMotorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC của Microchip Technology…

Trong đề tài này nghiên cứu về PIC 18f4520 vì nó có nhiều ưu điểm hơn cácloại vi điều khiển khác như: ADC 10 bit, PWM 10 bit, EEPROM 256 Byte,Comparater…ngoài ra nó còn được các trường đại học trên thế giới, đặc biệt làcác nước Châu Âu hầu hết xem PIC là một môn học trong bộ môn vi điều khiển.Nói vậy các bạn cũng thấy sự phổ biến rộng rãi của nó Ngoài ra PIC còn đượcrất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hõ trợ cho việc lập trìnhngoài ngôn ngữ Assembly như: MPLAB, CCSC, HTPIC…

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

- CPU tốc độ cao có 75 cấu trúc lệnh, nếu được cho phép có thể kéo dài đến

83 cấu trúc lệnh

- Hầu hết các cấu trúc lệnh chỉ mất một chù kì máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánhchương trình mất hai chu kì máy

- Tốc độ làm việc: Xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns

- Bộ nhớ chương trình (Flash Program Memory) là 32 Kbyte

- Bộ nhớ dữ liệu SRAM là 1536 byte

- Bộ nhớ dữ liệu EEFROM là 256 byte

- 5 port vào/ ra (PORTA, PORTB, PORT C, PORT D, PORT E)

- 4 bộ Timer (Timer 0, Timer 1, Timer 2, Timer 3)

- 1 capture/ compare/ PWM modules.

- 1 enhanced capture/ compare/ PWM modules

- Các chuẩn giao tiếp nối SSP (Synchronous Serial Port), SPI (SerialPeripheral Interface), I2C (Inter- Intergrated Circuit)

- Chuẩn giao tiếp USART nối với 9 bit địa chỉ

- Cổng giao tiếp song song PSP (Parrallel Slave Port)

- 13 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác nhau của vi điều khiển như:

- Bộ nhớ Flash với khả năng ghi xóa 100.000 lần

- Bộ nhớ EEFROM với khả năng ghi xóa 1.000.000 lần

- Flash/ dữ liệu bộ nhớ EEFROM có thể lưu trữ hàng trăm năm

- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần phềm

- Watchdog Timer với bộ dao động trong

- Chức năng bảo mật mã chương trình

Bộ nhớ chương trình: Dòng vi điều khiển Pic18xxxx là thiết bị với 21 bit bộđếm chương trình PC (Program counter) có thể quản lý 2Mbyte bộ nhớchương trình Với Pic18F4520 có 32Kbytes bộ nhớ Flash có thể lưu trữ lêntới 16,384 câu lệnh đơn, dòng Pic này có hai vector ngắt: Reset vector có địachỉ 0000H và Interrupt vector ở địa chỉ 0008H và 0018H

Theo cấu trúc lệnh và kiến trúc dòng Pic18Fxxxx cho phép các bank hoạtđộng đồng thời Toàn bộ bộ nhớ dữ liệu có thể cho phép truy nhập có hướng, vôhướng hay địa chỉ có chỉ số, đặc điểm chung của các thanh ghi là cho phép xử lýtrong một chu kì đơn Pic 18Fxxxx cung cấp một AccessBank gồm 256 byte bộnhớ cho phép truy cập nhanh SFRs và phần Bank GPR nếu không sử dụng BSR.

Hình 2 3 Bộ nhớ dữ liệu RAM [3]

2.2.1.3 Các cổng xuất nhập của PIC18F4520

Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng đểtương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quátrình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng.Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tuỳ theocách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và sốlượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau Bên cạnh đó, do vi điều khiểnđược tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chứcnăng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm chứcnăng khác để thế hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu bên trên đối vớithế giới bên ngoài Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàntoàn có thế được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liênquan đến chân xuất nhập đó

Vi điều khiển PIC18F4520 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,PORTC, PORTD và PORTE Cấu trúc và chức năng của từng cổng xuất nhậpnhư sau:

- PORTA:

PORTA (RA) bao gồm 6 pin I/O (pin 2,3,4,5,6,7) Đây là các chân “haichiều" (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được Chức năng I/O nàyđược điều khiến bởi thanh ghi TRISA (địa chi 92H) Muốn xác lập chức năngcủa một chân trong PORTA là input, ta "set" bit điều khiến tương ứng với chân

đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chântrong PORTA là output, ta "clear" bit điêu khiến tương ứng với chân đó trongthanh ghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và cácthanh ghi điều khiến tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối vớiPORTB là TRISB, đổi với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD, đổivới PORTE là TRISE)

Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog,ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (MasterSynchronous Serial Port)

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

+ PORTA (địa chi 80H): chức giá trị các pin trong PORTA

+ TRISA (địa chi 92H): điều khiển xuất nhập

+CMCON (địa chỉ B4H): thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp

+ CVRCON (địa chỉ B5H): thanh ghi điều khiến bộ so sánh điện áp + ADCON1 (địa chỉ ClH): thanh ghi điều khiển bộ ADC

- PORTB:

PORTB(RB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình.Nạp chương trình cho vi điều khiến với nhiều chế độ khác nhau PORTB cònliên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năngđiện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình

Các thanh ghi liên quan đến PORTB bao gồm:

+ PORTB (địa chỉ 81H): chứa giả trị các pin trong PORTB.

+ TRISB (địa chi 93H): điều khiển xuất nhập

- PORTC:

PORTC (RC) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng

là TRISB Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộTimer1, bộ PWM và các chuân giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

Các thanh ghi liên quan đến PORTC:

+ PORTC (địa chi 82H): chứa giá trị các pin trong PORTC

+ TRISC (địa chi 94H): điều khiến xuất nhập

- PORTD:

PORTD (RD) gồm 8 chân I/O Thanh ghi điều khiến tương ứng là TRISD.PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chân giao tiếp PSP (Parallel Slave Port) Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

+ PORTD (địa chỉ 83H): chứa giá trị các pin trong PORTD

+ TRISD (địa chỉ 95H): điều khiển xuất nhập

- PORTE:

PORTE (RE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiến xuất nhập tương ứng làTRISE Các chân của PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn làcác chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

+ PORTE (địa chỉ 85h): chứa giá trị các chân trong PORTE

+ TRISE (địa chỉ 96h): điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số chochuẩn giao tiếp PSP

+ ADCON1(địa chỉ C1H): thanh ghi điều khiển khối ADC

2.1.2 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

2.2.2.1 Một số cảm biến nhiệt đô và độ ẩm thông dụng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều cảm biến do nhiệt độ và độ ẩm như:

- DHT11 Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm

Hình 2 4 Cảm biến LM35 [4]

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 Temperature Humidity Sensor là cảmbiến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giaotiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất) Bộ tiền xử lý tínhiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phảiqua bất kỳ tính toán nào

Thông tin kỹ thuật:

 Nguồn: 3 -> 5 VDC

 Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu)

 Đo tốt ở độ ẩm 20 to 70%RH với sai số 5%

 Đo tốt ở nhiệt độ 0 to 50°C sai số ±2°C

 Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần)

Mạch thu phát Bluetooth HC-05 được nhập chính hãng từ HC-TECH làphiên bản mới nhất hỗ trợ đầy đủ các tính năng cũng như bổ sung thêm các tínhnăng mới của HC-05, hiện các mạch HC-05 trên thị trường nếu không có Logocủa HC-TECH đều là bản clone với các tính năng bị giới hạn (không đầy đủ tậplệnh AT, chân Status không sử dụng được)