ĐỐ án ĐIỆN CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO

ho0 trơ cho con ngươi rà&t nhiệu trong làp trình và thiệ&t kệ&, nhà&t là đo&i vơi như.ng ngươi mơi bà3t đàu tìm toi vệ vi điệu khiện màkhong co quà nhiệu kiệ&n thưc, hiệu biệ&t sàu sà3c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỐ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ

ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO

Phan Thành Nam B1603734

Cần Thơ, 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày này khoà hoc cong nghệ ngày càng phàt triện, vi điệu khiện AVR và viđiệu khiện PIC ngày càng thong dung và hoàn thiện hơn Nhưng co thệ noi sư xuà&thiện cu'à Arduino vào nà(m 2005 tài Itàlià đà mơ' rà mot hương đi mơi cho vi điệukhiện Sư xuà&t hiện cu'à Arduino đà ho0 trơ cho con ngươi rà&t nhiệu trong làp trình

và thiệ&t kệ&, nhà&t là đo&i vơi như.ng ngươi mơi bà3t đàu tìm toi vệ vi điệu khiện màkhong co quà nhiệu kiệ&n thưc, hiệu biệ&t sàu sà3c vệ vàt ly và điện tư' Phàn cưng cu'àthiệ&t bi đà đươc tìch hơp nhiệu chưc nà(ng cơ bà'n và là mà nguon mơ' Ngon ngư.làp trình trện nện Jàvà lài vo cung dệ0 sư' dung tương thìch vơi ngon ngư C/C++ và

hệ tho&ng thư viện rà&t phong phu và đươc chià sệ' miệ0n phì Chình vì như.ng ly donhư vày nện Arduino hiện đàng dàn pho biệ&n và đươc phàt triện ngày càng mành

mệ trện toàn thệ& giơi Trong đệ tài này, ệm sệ thiệ&t kệ& mot hệ tho&ng tươi cày tưđong đươc xày dưng vơi trung tàm là Arduino UNO R3 (mot trong càc loài BoàrdArduino), chi phì thà&p, thiệ&t kệ& đơn già'n, co ưng dung rong rà'i tư mo hình nho'đơn già'n đệ&n mo hình lơn phưc tàp

LỜI CẢM ƠN

Qua đồ án này, nhóm em xin cảm ơn thầy Hoàng Đăng Khoa đã giúp đỡ chochúng em trong quá trình hoàn thành đồ án Giúp chúng em hiểu rõ hơn về mạchArduino, cách thiết kế mạch, chạy code hay biết được nhiều ứng dụng hay của mạchArduino Ngoài ra, nhờ thầy hướng dẫn nên chúng em cũng đã hoàn thành mạch in,hiểu được một quá trình làm một mạch in với các công đoạn thiết kế, làm mạch, khoan

và hàn các linh kiện Qua đó giúp chúng em tiến bộ hơn và đã có bước đầu hiểu hơn vềcác mạch điện tử Thông qua đồ án, chúng em đã tích lũy và học được một ít kinhnghiệm thực tế rất có ít cho việc học tập và công việc của chúng em sau này Bên cạnh

đó còn có nhiều mặt hạn chế do lần đầu tiếp xúc với linh kiện điện tử thực tế và còn do

kỹ năng yếu kém nên dẫn đến sản phẩm còn nhiều khuyết điểm, mông thầy sẽ thôngcảm và bỏ qua cho chúng em Một lần nửa tụi em xin cảm ơn thầy Hoàng Đăng Khoa

đã giúp đở nhóm em hoàng thành đồ án này

MỤC LỤC

LỜAI NOBI ĐADU i

LỜAI CAEM ỜNii MUC LUC 1

MUC LUC HIANH AENH 3

CHƯỜNG 1 TOKNG QUAN VỀD ĐỀD TAAI 1.1 Đà(t và&n đệ 4

1.2 Muc tiệu và phàm vi nghiện cưu đệ tài 4

CHƯỜNG 2 GIỜBI THIỀOU CABC LINH KIỀON TRONG MACH 2.1 Arduino UNO R3 5

2.1.1 Càc thong so& cơ bà'n cu'à Arduino UNO R3 6

2.1.2 Vi điệu khiện 6

2.1.3 Càc chàn cu'à Arduino 6

2.1.4 Làp trình cho Arduino 7

2.2 Cà'm biệ&n đo àm và modulệ chuyện đoi 7

2.2.1 Cà'm biệ&n đo àm 7

2.2.2 Modulệ chuyện đoi 7

2.3 Modulệ 5VDC 2 kệnh 9

2.4 Đong cơ bơm 12V 10

2.5 Điện trơ' 220Ω và Lệd 11

2.6 Bo nguon nhiệu ngo rà 12

CHƯỜNG 3 GIỜBI THIỀOU ARDUINO IDỀ & PROTỀUS VAA MOO PHOENG HỀO THOWNG 3.1 Phàn mệm mo pho'ng Protệus 13

3.2 Thư viện Arduino cho Protệus 14

3.3 Arduino IDỀ và làp trình cho Arduino 14

3.4 Mo pho'ng hệ tho&ng 15

3.4.1 Mo pho'ng màch nguyện ly trện Protệus 16

3.4.2 Nguyện ly hoàt đong 163.4.3 Việ&t codệ chương trình cho Arduino 16CHƯỜNG 4 THIỀWT KỀW MACH

4.1 Thiệ&t kệ& màch in 214.2 Thi cong màch 21CHƯỜNG 5 NHAON XỀBT VAA KỀWT LUAON

5.1 Nhàn xệt 235.2 Kệ&t luàn 23TAAI LIỀOU THAM KHAEO 24

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Hình dàng bện ngoài cu'à Arduino 5

Hình 2 Thong so& cơ bà'n cu'à Arduino 6

Hình 3 Cà'm biệ&n đo àm 7

Hình 4 Modulệ chuyện đoi 7

Hình 5 Modulệ rệlày 5VDC 2 kệnh 9

Hình 6 Đong cơ bơm 12V 10

Hình 7 Điện trơ' 220Ω 11

Hình 8 Lệd 11

Hình 9 Bo nguon nhiệu ngo rà 12

Hình 10 Giào diện phàn mệm Protệus 8.7 13

Hình 11 Càc linh kiện trong thư viện Arduino cho Protệus 14

Hình 12 Giào diện phàn mệm Arduino IDỀ 15

Hình 13 Màch nguyện ly vệ trện Protệus 16

Hình 14 Việ&t codệ bàZng Arduino IDỀ 16

Hình 15 Sơ đo màch in trện Protệus 21

Hình 16 Màch thưc tệ& sàu khi hoàn thành 22

Hình 17 Mo hình thưc tệ& sàu khi là3p đà(t 22

CHƯƠNG 1 TỔNG QUANG VỀ ĐỀ TÀI

Thưc tệ& trong cuoc so&ng ngày càng bàn ron, nhiệu ngươi và0n co thu vui làtrong như.ng cày cà'nh, vươn ràu trong khong giàn tro&ng cu'à nhà mình như sànthương, bàn cong Tuy nhiện, trong như.ng luc bàn bàn càc cong việc hàZng ngày thìnhư.ng cày cà'nh và vươn hoà ơ' nhà sệ khong đươc ài tươi nươc Ngoài phươngphàp tươi cày pho thong, chung tà co thệ tào rà như.ng hệ tho&ng tươi cày tư đongđơn già'n cho khu vươn nho' cu'à mình thàm chì co thệ mơ' rong hệ tho&ng tươi càycho cà' mot khu vươn lơn

1.1 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Muc tiệu cu'à đo àn là thiệ&t kệ& mot hệ tho&ng tươi cày tư đong đơn già'n vơinguyện ly là thong quà cà'm biệ&n đo àm cu'à đà&t đệ truyện tìn hiệu cho hệ tho&ng đệbiệ&t luc nào nện vàn hành đong cơ bơm nươc cho khu vươn Tà&t cà' moi việc đệu

tư đong diệ0n rà trong quà trình cài đà(t sà[n và quà càc cà'm biệ&n đệ điệu tiệ&t việctươi cày hơp lì trong moi thơi tiệ&t

Vơi mo hình màch đơn già'n, chi phì thà&p, dệ0 thiệ&t kệ& nện co thệ àp dung rongrà'i vào cuoc so&ng thưc tệ& cu'à chung tà

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH

Arduino thưc sư đà gày song gio trện thì trương thệ& giơi trong nhiệu nà(mquà vơi so& lương ngươi dung cưc lơn và đà dàng vơi trình đo trà'i rong tư bàc phothong đệ&n bàc đài hoc

Arduino UNO R3 là mot trong như.ng màch Arduino đươc sư dung pho biệ&nnhà&t Hiện này, dong màch này đà phàt triện đệ&n thệ& hệ thư 3 (R3)

Hình 1: Hình dàng bện ngoài Arduino

2.1.1 Các thông số cơ bản của Arduino UNO R3

Hình 2: Thong so& cơ bà'n cu'à Arduino 2.1.2 Vi điều khiển.

 Arduino Uno đươc xày dưng vơi phàn nhàn là vi điệu khiệnATmệgà328P sư' dung thàch ành co chu kì dào đong là 16 MHz Vơi vi điệu khiệnnày, tà co 14 ngo' rà/vào đươc đành so& tư 0 đệ&n 13 Song song đo, tà co thệm 6 ngo'nhà tìn hiệu ànàlog đươc đành ky hiệu tư A0 đệ&n A5

 Trện boàrd con co 1 nut rệsệt, 1 ngo kệ&t no&i vơi mày tình quà cong USB và

1 ngo cà&p nguon sư' dung jàck 2.1mm là&y nà(ng lương trưc tiệ&p tư AC-DC àdàptệrhày thong quà à3c-quy nguon

2.1.3 Các chân của Arduino.

 Các chân năng lượng: GND (Ground), 5V, 3.3V, Vin (Voltage Input), IOREF,RESET

 Các cổng ra/vào: Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tínhiệu và 6 chân analog (A0 - A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit, để đọc giá trịđiện áp trong khoảng 0V - 5V

2.1.4 Lập trình cho Arduino.

 Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngônngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung và Wiring lại làmột biến thể của C/C++ Có người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hayC/C++ và tên gọi phổ biến nhất là ngôn ngữ Arduino Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từC/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học và từ việc lập trình ta có thể thiết kế mạchtheo ý muốn của mình và vận hành một cách hiệu quả và tối ưu nhất

2.2 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT VÀ MODULE CHUYỂN ĐỔI.

2.2.1 Cảm biến độ ẩm đất.

Hình 3 Cà'm biệ&n đo àm đà&t

 Hài đàu đo cu'à cà'm biệ&n đươc cà3m vào đà&t đệ phàt hiện đo àm Dung dàyno&i giư.à cà'm biệ&n và modulệ chuyện đoi Thong tin vệ đo àm đà&t sệ đươc đoc vệ

và gơ'i tơi modulệ chuyện đoi

2.2.2 Module chuyển đổi.

Hình 4 Modulệ chuyện đoi

 Modulệ chuyện đoi co cà&u tào chình gom mot IC so sành LM393, motbiệ&n trơ', 4 điện trơ' dàn 100 Ohm và 2 tu dàn Biệ&n trơ' co chưc nà(ng đinhngươ.ng so sành vơi tìn hiệu đo àm đà&t đoc vệ tư cà'm biệ&n.

 Đà(c điệm:

Điện àp hoàt đong: 3.3V-5V

Kìch thươc PCB: 3cm × 1.6cm

Lệd bào hiệu

o Lệd đo' bào nguon

o Lệd xành bào mưc đo àm ơ' pin DO

Mo tà' càc pin trện modulệ

 Nguyện ly hoàt đong cu'à cà'm biệ&n đo àm

Khi modulệ cà'm biệ&n đo àm phàt hiện, khi đo sệ co sư thày đoi điện àp ngày tài

đàu vào cu'à ic LM393 Ic này nhàn biệ&t co sư thày đoi no sệ đưà rà mot tìn hiệu

0V đệ bào hiệu và thày đoi như thệ& nào sệ đươc tình toàn đệ đoc đo àm đà&t

+ Cà'm biệ&n đo àm đà&t rà&t nhày vơi đo àm moi trương xung quành, thương đươcsư' dung đệ phàt hiện đo àm cu'à đà&t

+ Khi đo àm đà&t vươt quà già tri đươc thiệ&t làp, ngo rà cu'à modulệ D0 ơ' mưc giàtri là 0V

+ Ngo rà D0 co thệ đươc kệ&t no&i trưc tiệ&p vơi vi điệu khiện như

(Arduino,PIC,AVR,STM), đệ phàt hiện cào và thà&p, và do đo đệ phàt hiện đo àm

 Màch rệlày 2 kệnh sư' dung chàn kìch mưc thà&p (0V), mưc cào (5V) tuy thuoc vào chon Jumpệr ƯBng dung vơi rệlày modulệ khà nhiệu bào gom cà' điện DC hày AC.

 Thong so& ky thuàt:

Điện àp hoàt đong: 5VDC

Tìn hiệu kìch: High (5V) hoà(c Low (0V) chon bàZng Jumpệr

Nguon cà&p: 5VDC

Tiệ&p điệm đong ngà3t màx: 250VAC-10A hoà(c 30VDC-10A

Kìch thươc: 52mm × 41mm × 19mm

Điện àp hoàt đong: 5VDC

Co thệ sư' dung rệlày đệ điệu khiện càc thiệ&t bi co cong suà&t 30VDC-10Ahoà(c 250VAC-10A

Điện àp kìch mưc thà&p

Hình 6 Đong cơ bơm 12V

 Thong so& ky thuàt:

Mày bơm co điện àp: DC 12V

Dong tiệu thu: 0.6-2A

Cong suà&t: 5-12W

Lưu lương bơm: 1-2 lìt/phut

Kìch thươc: 90×40×35 mm

Hình 8 Lệd

Hình 9 Bo nguon nhiệu ngo rà

 Thong so& ky thuàt:

- Điện àp ngo vào: AC 220V

- Điện àp ngo rà: DC 3.3V, 5V, 9V, 12V

- Cương đo dong điện: 1A

 Sư' dung nguon DC 9V cà&p cho Arduino UNO R3 quà jàck cà3m, sư'dung nguon DC 12V cà&p cho đong cơ bơm

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU ARDUINO IDE & PROTEUS VÀ MÔ

PHỎNG HỆ THỐNG

3.1 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS

Phàn mệm Protệus là phàn mệm cho phệp mo pho'ng hoàt đong cu'à màch điện tư' bào gom phàn thiệ&t kệ& màch và việ&t chương trình điệu khiện cho càc ho vi điệu khiện MCS-51, PIC, AVR, Protệus là phàn mệm mo pho'ng màch điện tư' cu'à Làbcệntệr Ềlệctronic, mo pho'ng cho hàu hệ&t càc linh kiện điện tư' thong dung, đà(c biệt ho0 trơ cho càc MCU như PIC, 8051, AVR, Motorolà

Phàn mệm bào gom 2 chương trình: ISIS cho phệp mo pho'ng màch và ARỀS dung đệ vệ màch in Protệus là phàn mệm mo pho'ng cho càc loài vi điệu khiện khàto&t, ho0 trơ càc dong vi điệu khiện PIC, 8051, dsPIC, AVR, HC11, càc giào tiệ&p I2C, SPI, CAN, USB, Ềthệnệt, ngoài rà con mo pho'ng càc màch so&, màch tương tư mot

ky sư Cệsàr, Osàkà, Dàniệl Cệzàr, Robệrto Bàuệr và đươc đà(ng tà'i trện blog tiệ&ng

Bo Đào Nhà http://blogệmbàrcàdo.blogspot.dệ/

Thư viện bào gom càc linh kiện sàu:

- Arduino UNO (Phiện bà'n chip Atmệgà328 chàn DIP)

- Arduino UNO (Phiện bà'n chip Atmệgà328 chàn SMD)

- Arduino mệgà

- Arduino Lilypàd

- Arduino Nàno

- Cà'm biệ&n siệu àm Ultràsonic V2

Hình 11 Càc linh kiện trong thư viện Arduino cho Protệus

3.3 ARDUINO IDE VÀ LẬP TRÌNH CHO ARDUINO

Thiệ&t kệ& bo màch nho' gon, tràng bi nhiệu tình nà(ng thong dung màng lài nhiệu lơi thệ& cho Arduino, tuy nhiện sưc mành thưc sư cu'à Arduino nàZm ơ' phàn mệm Moi trương làp trình đơn già'n dệ0 sư' dung, ngon ngư làp trình Wiring dệ0 hiệu và dưà trện nện tà'ng C/C++ rà&t quện thuoc vơi ngươi làm ky thuàt Và quàn trong hơn là so& lương thư viện codệ đươc việ&t sà[n và chià sệ bơ'i cong đong nguon mơ' là cưc ky lơn

Hình 12 Giào diện phàn mệm Arduino IDỀ

Arduino IDỀ là phàn mệm dung đệ làp trình cho Arduino Moi trương làp trình cho Arduino là IDỀ co thệ chày trện bà nện tà'ng pho biệ&n nhà&t hiện này là Windows, Màcintosh OSX là Linux Do co tình chà&t nguon mơ' nện moi trương làp trình này hoàn toàn miện phì và co thệ mơ' rong bơ'i ngươi dung co kinh nghiệmNgon ngư làp trình co thệ đươc mơ' rong thong quà càc thư viện C++ Và ngon ngư làp trình này dưà trện nện tà'ng cu'à ngon ngư C cu'à AVR nện ngươi dung hoàn toàn co thệ nhung thệ codệ việ&t bàZng AVR vào chương trình nệ&u muo&n.Hiện tài, Arduino IDỀ co thệ downloàd tư tràng chu' http://àrduino.cc/

3.4.1 Mô phỏng mạch nguyên lý trên Proteus

Hình 13 Màch nguyện ly vệ trện Protệus 3.4.2 Nguyên lý hoạt động:

Già tri đo àm cu'à đà&t đươc nhàn biệ&t quà cà'm biệ&n đo àm và đưà vệ bo điệu khiện là Arduino UNO R3 bàZng tìn hiệu Digitàl Khi đà&t khong đu' đo àm già tri tìn hiệu gơ'i vệ là 0, bo điệu khiện đưà tìn hiệu cho đong Rơ lệ và đong cơ mày bơm bà3t đàu hoàt đong bơm nươc tươi vào chàu Khi đà đu' nươc, đo àm cào, cà'm biệ&n

sệ gơ'i vệ tìn hiệu co già tri là 1, bo điệu khiện đưà tìn hiệu ngà3t rơ lệ, mày bơm dưng hoàt đong

Lệd đo' co tàc dung bào hiệu đo àm thà&p, chàu cày đàng thiệ&u nươc

Lệd xành co tàc dung bào hiệu đo àm cào, chàu cày đà đu' nươc

Lệd vàng co tàc dung bào hiệu tràng thài hoàt đong và dưng cu'à mày bơm

3.4.3 Viết code chương trình cho Arduino

Khơ'i đong phàn mệm Arduino IDỀ và soàn codệ Sàu khi làp trình xong, nhà&n

đệ biện dich codệ sàu vài giày phàn mệm sệ biện dich cho tà 1 filệ hệx cu'àchương trình

Hình 14 Việ&t codệ bàZng Arduino IDỀ

Sàu khi tào đươc filệ hệx t nàp filệ vào linh kiện Arduino trong protệus đệ chày mo pho'ng hệ tho&ng

int const SENSOR_MH_D_PIN = 4

int const SENSOR_MH_A_PIN = A0;

int const T_RELAY_PIN = 2

int const TIME_TO_GET_SAMPLE = 5000 ; //5s

int const SAMPLE_TIME = 500 ; //0.5 s

int const LED_PIN = 13 ;

int const LED_BLUE_PIN = 10 ;

int const LED_YEWLOW_PIN = 9

int const LED_RED_PIN = 8

int const TREE_WATER_LEVEL_HIGH = 600 ;

int const TREE_WATER_LEVEL_LOW = 300 ;

int sensorMHValue = 0 //store sensor value

pinMode (LED_PIN, OUTPUT);

pinMode (LED_BLUE_PIN, OUTPUT);

pinMode (LED_YEWLOW_PIN, OUTPUT);

pinMode (LED_RED_PIN, OUTPUT);

int sensorStatus = digitalRead (SENSOR_MH_D_PIN);

int sensorValue = getSensorSampleValue ();

} else if (sensorValue < TREE_WATER_LEVEL_LOW){

digitalWrite (T_RELAY_PIN, LOW);

for ( int i = 0 ; i < t ; i++){

total += analogRead (SENSOR_MH_A_PIN);

digitalWrite (LED_RED_PIN, LOW);

digitalWrite (LED_BLUE_PIN, HIGH);

- Đương màch điệu khiện: T50

- Đương màch đong lưc đong cơ AC: T100

- Đương màch đong lưc đong cơ DC: T60

4.2 Thi công mạch

Sàu khi thi cong màch in, tà tiệ&n hàn càc linh kiện vào màch Sàu đo, kệ&t no&i nguon DC 12V vào domino cà&p cho đong cơ DC và cà&p nguon DC 9V cho vi điệu khiện Arduino quà jàck cà3m Là3p hop micà đệ bà'o vệ màch

Hình 16 Màch thưc tệ& sàu khi hoàn thành

Sàu khi hoàn thành màch tà tiệ&n hành là3p đà(t mo hình thưc tệ& trện tàplo vơi đong cơ bơm nươc 12VDC 12W

Hình 17 Mo hình thưc tệ& sàu khi là3p đà(t

CHƯƠNG 5 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

5.1 Nhận xét

Hệ tho&ng sàu khi hoành thành co thệ sư' dung cho đong cơ bơm DC và AC Cong suà&t to&i đà cu'à mày bơm co thệ dung cho màch là 12W đo&i vơi mày bơm DC

và 350W đo&i vơi mày bơm AC

- Ưu điệm: Màch gon nhệ, đơn già'n, sư' dung càc linh kiện co chi phì thà&p, dệ0 là3p đà(t và sư'à chư.à Co tình ưng dung cào trong thưc tệ&

- Nhươc điệm: Màch con sơ sài, dệ0 hư ho'ng, chì' sư' dung đươc cho to&i đà 2 mày bơm cung luc