BÁO cáo môn học tên đề tài hệ THỐNG đo LƯỜNG độ ẩm và điều KHIỂN ĐỘNG cơ bơm

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI: “HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM” Giả ng viên hướ ng dẫn: ThS Nguyễn Hữ u Châu Minh Sinh viên thự c hiện: Nguyễn Quang Trung – 1853020057 Lê Huỳnh Lam – 1853020048 Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2022 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI: “HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM” Giả ng viên hướ ng dẫn: ThS Nguyễn Hữ u Châu Minh Sinh viên thự c hiện: Nguyễn Quang Trung – 1853020057 Lê Huỳnh Lam – 1853020048 Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2022 HỌ C VIỆ N HÀ NG KHÔ NG VIỆ T NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ BÁO CÁO MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Nguyễn Quang Trung MSSV: 1853020057 Lớ p: 18ĐHĐT02 Tên đồ n báo cáo mô n họ c: Hệ thố ng đo lườ ng độ ẩm điều khiển độ ng bơm Nhiệm vụ củ a đồ án: ✔ Điều khiển độ ng bơm dự a độ ẩm ✔ Sử dụ ng LabVIEW để điều khiển trình Ngày giao đồ án mô n họ c: 15/04/2022 Ngày hồn thành đồ án mơ n họ c: 01/06/2022 Họ tên ngườ i hướ ng dẫn: ThS Nguyễn Hữ u Châ u Minh Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 GIẢ NG VIÊ N HƯỚ NG DẪ N (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Phầ n đá nh giá : ● Ý thứ c thự c hiện: ● Nộ i dụ ng thự c hiện: ● Hình thứ c trình bà y: ● Tổ ng hợ p kết quả: Điểm bằ ng số : Điểm chữ : Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 GIÁ O VIÊ N HƯỚ NG DẪ N (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Hữ u Châu Minh – giả ng viên hướ ng dẫn báo cáo mô n họ c “Đo lườ ng điều khiển bằ ng máy tính” tạo điều kiện, hỗ trợ cho em hoà n nh tố t bá o cá o mô n họ c nà y Do kiến thứ c cò n hạ n chế khả nă ng tiếp thu thự c tế cị n nhiều bỡ ngỡ , chưa hồn hảo nên báo cáo cị n nhiều thiếu só t, kính mong gó p ý giú p đỡ từ thầ y để em hoà n thiện kiến thứ c củ a Em xin chân nh m ơn! Sinh viên thự c Nguyễn Quang Trung MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM LIÊN QUAN CỦA PROJECT I Cấ u trú c hệ thố ng điều khiển bằ ng má y tính II Thô ng số m biến .2 Cả m biến độ ẩ m đấ t 2 Module chuyển đổ i 3 Thô ng số kỹ thuậ t 4 Sơ đồ châ n 5 Sơ đồ đấ u dâ y Module điều khiển độ ng bơm III Sơ lượ c Arduino Uno CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10 I Mô phỏ ng bằ ng Proteus 10 II Thiết kế LabVIEW 11 Cử a sổ Block Diagram (BD) 11 Cử a sổ Front Panel (FP) .11 CHƯƠNG 3: THI CÔNG – VẬN HÀNH – KẾT QUẢ .14 I Sơ đồ khố i 14 II Lưu đồ thuậ t toá n 14 III Nguyên lý hoạ t độ ng .15 IV Q trình thi ng 16 Cà i thư viện LabVIEW interface for Arduino 16 Thiết kế LabVIEW .16 Nạ p file LIFA base cho board Arduino Uno 17 Kết nố i board Arduino vớ i má y tính có LabVIEW 18 Kiểm thử hệ thố ng 19 CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT 20 I Kết luậ n 20 Kết hoạ t độ ng củ a mạ ch vớ i mụ c tiêu đề .20 Ưu điểm .20 Nhượ c điểm 20 II Kiến nghị 20 Hướ ng ứ ng dụ ng củ a đề tà i 20 Hướ ng phá t triển củ a đề tà i .20 MỤC LỤC ẢNH Hình 1: Cấ u trú c hệ thố ng điều khiển bằ ng máy tính Hình 2: Cả m biến độ ẩ m đấ t Hình 3: Module chuyển đổ i (1) Hình 4: Module chuyển đổ i (2) Hình 5: Sơ đồ châ n m biến độ ẩ m đấ t .5 Hình 6: Hệ thố ng dây điện đượ c kết nố i Hình 7: Module điều khiển độ ng bơm Hình 8: Mạ ch Arduino Uno R3 (mặ t trướ c) Hình 9: Sơ đồ châ n mạ ch Arduino Uno R3 Hình 1: Mơ phỏ ng trình bằ ng Proteus .10 Hình 2: Cử a sổ Block Diagram (BD) củ a đề tà i 11 Hình 3: Cử a sổ Front Panel (FP) củ a đề tà i 11 Hình 4: Trạ ng thá i độ ng 12 Hình 5: Độ ẩ m .12 Hình 6: Cấ p độ bơm 12 Hình 7: Giớ i hạ n dướ i 13 Hình 8: Giớ i hạ n 13 Hình 9: Chế độ 13 Hình 10: Cơ ng tắ c .13 Hình 1: Sơ đồ khố i 14 Hình 2: Lưu đồ thuậ t toá n 14 Hình 3: Cà i đặ t thư viện cho LabVIEW .16 Hình 4: Cử a sổ Block Diagram (BD) LabVIEW 16 Hình 5: Cử a sổ Front Panel (FP) LabVIEW 17 Hình 6: Nạ p file LIFA cho board Arduino Uno 17 Hình 7: Kết nố i mạ ch lạ i vớ i .18 LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam mộ t nướ c đườ ng đạ i hó a, ng nghiệp hó a Và lĩnh vự c đầu mở đườ ng lĩnh vự c kĩ thuậ t i chung nghà nh điện tử i riêng Trong giai đoạ n phát triển ng nghệ điều khiển tự độ ng mộ t nhữ ng yếu tố hà ng đầu đượ c quan tâm phát triển bở i cô ng ty cá nhâ n Điều khiển từ xa giú p yên tâm ổ n định, tăng nă ng suấ t chấ t lượ ng làm việc Là m cho cuộ c số ng hằ ng ngày củ a ng ta trở nên tiện nghi an tồn Vì thế, tô i chọ n đề tà i “Điều khiển máy bơm tự động cảm biến độ ẩm đất” ứ ng dụ ng đơn giản mang lạ i hiểu cao cho việc điều khiển thiết bị tự độ ng CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM LIÊN QUAN CỦA PROJECT I Cấu trúc hệ thống điều khiển máy tính Má y tính trung tâm Ngườ i vậ n hà nh Má y vi tính Giao diện Tín hiệu nhị phân Tín hiệu Đổ i TT – Số Đổ i Số - TT Khuếch đạ i chuyển đổ i nhị phâ n Khuếch đạ i cô ng suất Cả m biến Chấ p hà nh Hình 1: Cấu trúc hệ thống điều khiển máy tính II Thông số cảm biến Cảm biến độ ẩm đất Hình 2: Cảm biến độ ẩm đất Cảm biến độ ẩm đất (Soil Moisture Sensor) thườ ng đượ c sử dụ ng mơ hình tướ i nướ c tự độ ng, vườ n thô ng minh, , cảm biến giú p xá c định độ ẩm củ a đất qua đầu dò trả giá trị Analog, Digital qua chân tương ứ ng để giao tiếp vớ i vi điều khiển để thự c vô số cá c ứ ng dụ ng c Bộ sả n phẩm gồ m mộ t cảm biến độ ẩm đấ t mộ t module chuyển đổ i vớ i ngõ Analog - Digital Cả m biến độ ẩ m đấ t đượ c hoạ t độ ng vớ i chế độ ngõ (Analog & Digital) Vớ i chế độ Digital, ta thay đổ i biến trở để thay đổ i ngưỡ ng bá o độ ẩm, giá trị đầu phụ thuộ c o ngưỡ ng Nếu độ ẩm đấ t cao đầu mứ c LOW đèn Led sá ng, độ ẩm thấ p ngượ c lạ i Vớ i chế độ Analog, giá trị điện p ngõ A0 thay đổ i tuyến tính theo độ ẩ m Cả m biến a mộ t đầ u dị hình nĩa vớ i hai dâ y dẫ n lộ ngoà i o đấ t hoặ c nơi khác nơi cần đo hà m lượ ng nướ c Dù ng dây nố i giữ a cảm biến module chuyển đổ i Thô ng tin độ ẩm đất đượ c đọ c gử i tớ i module chuyển đổ i Nó hoạ t độ ng mộ t biến trở có điện trở thay đổ i tù y theo độ ẩ m đấ t, độ ẩ m đấ t ướ t khoả ng xấ p xỉ 400, độ ẩ m đấ t khô khoả ng 850 Module chuyển đổi Hình 3: Module chuyển đổi (1) bơm nướ c thu nhỏ , van điện từ nhậ p vào PWM để điều khiển tố c độ củ a độ ng độ sá ng củ a đèn Thô ng số kỹ thuậ t:  Điện p m việc: DC 5V - 36V;  Nguồ n tín hiệu kích hoạ t: DC 3.3V - 20V, đượ c kết nố i vớ i vi điều khiển cổ ng IO, giao diện PLC, v.v, đượ c kết nố i vớ i tín hiệu PWM, tín hiệu tầ n số - 20 KHz  Cô ng suất đầu ra: DC 5V - 36V/15A/400W Dò ng điện tố i đa đạ t 30A điều kiện m má t phụ trợ  Nhiệt độ m việc: -40 → 850C;  Kích thướ c: 3,4cm x 1,7cm x 1,7cm Hình 7: Module điều khiển động bơm III Sơ lược Arduino Uno Mạch Uno (Arduino Uno Compatible) có thiết kế thương thích vớ i Arduino Uno loạ i phổ biến dễ sử dụ ng nhấ t thị trườ ng cũ ng tương thích vớ i nhiều loạ i Arduino Shield nhấ t, mạ ch Uno sử dụ ng IC nạ p ATmega16U2 tương thích hồn toàn vớ i phiên gố c, mộ t số phiên bả n sử dụ ng IC nạ p CH340 thị trườ ng có giá rẻ Hình 8: Mạch Arduino Uno R3 (mặt trước) Thông số kỹ thuật: ● Chip điều khiển chính: ATmega328P ● Chip nạ p giao tiếp UART: ATmega16U2 ● Nguồ n nuô i mạ ch: 5VDC từ cổ ng USB hoặ c nguồ n ngoà i cắ m từ giắ c trị n DC (nếu sử dụ ng nguồ n ngồi từ giắc trị n DC bạ n nên cấp nguồ n từ 6~9VDC để đả m bả o mạ ch hoạ t độ ng tố t, bạ n cắ m 12VDC IC ổ n p rấ t ng, dễ chá y gâ y hư hỏ ng mạ ch) ● Số chân Digital I/O: 14 (trong chân có khả nă ng xuất xung PWM) ● Số châ n PWM Digital I/O: ● Số châ n Analog Input: ● Dò ng điện DC Current mỗ i chân I/O: 20 mA ● Dò ng điện DC Current châ n 3.3V: 50 mA ● Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dù ng cho bootloader ● SRAM: KB (ATmega328P) ● EEPROM: KB (ATmega328P) ● Clock Speed: 16 MHz ● LED_BUILTIN: 13 ● Kích thướ c: 68.6 x 53.4 mm Hình 9: Sơ đồ chân mạch Arduino Uno R3 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG I Mô Proteus Hình 1: Mơ q trình Proteus Các linh kiện đượ c sử dụ ng mô phỏ ng: - Arduino Uno R3 - Cảm biến độ ẩm - Mosfet 2N6660 - Đèn led - Cò i - Motor - Biến trở 11 II Thiết kế LabVIEW Cửa sổ Block Diagram (BD) Hình 2: Cửa sổ Block Diagram (BD) đề tài Cửa sổ Front Panel (FP) Hình 3: Cửa sổ Front Panel (FP) đề tài 12 Chú thích: - Trạng thái động cơ: đèn sá ng độ ng hoạ t độ ng ngượ c lạ i Hình 4: Trạng thái động - Độ ẩm: hiển thị mứ c độ ẩm Cảm biến độ ẩm đo trả giá trị Hình 5: Độ ẩm - LEVEL 1: mứ c độ ẩm thấp - LEVEL 2: mứ c độ ẩ m cao ⇨ – LEVEL 1: chạ y hết cô ng suấ t ⇨ LEVEL – LEVEL 2: chạ y tố c độ chậ m ⇨ LEVEL – 100: tắ t độ ng bơm Hình 6: Cấp độ bơm 13 - Giới hạn dưới: mứ c nh báo đạ t giớ i hạ n (do ta cài đặ t) Hình 7: Giới hạn - Giới hạn trên: mứ c cảnh báo đạ t giớ i hạ n max (do ta cà i đặ t) Hình 8: Giới hạn - Chế độ: trượ t để lự a chọ n chế độ Manual (chế độ bằ ng tay) Auto (chế độ tự độ ng) Hình 9: Chế độ - Control: điều khiển để bậ t/tắt độ ng Hình 10: Cơng tắc 14 CHƯƠNG 3: THI CƠNG – VẬN HÀNH – KẾT QUẢ I Sơ đồ khối Hình 1: Sơ đồ khối II Lưu đồ thuật toán Hình 2: Lưu đồ thuật tốn 15 III Ngun lý hoạt động Ta có LabVIEW kết nố i giao tiếp hai chiều vớ i tố c độ baud 115200 vớ i Arduino Uno Khi m biến độ ẩ m hoạ t độ ng đưa giá trị điện p o châ n A0 củ a board Arduino Dữ liệu đượ c gử i cho LabVIEW để đo lườ ng liệu Tại Block Diagram, chế độ Auto, liệu đượ c xử lý phần trăm độ ẩm Có đượ c phầ n trăm độ ẩm mang so sánh vớ i mứ c độ ẩm ngườ i dù ng cài đặ t tạ i Front Panel Level độ ẩm mứ c thấ p, Level độ ẩ m mứ c cao ● Phầ n tră m độ ẩ m bé Level 1: LabVIEW điều khiển độ ng hoạ t độ ng hết cô ng suất bằ ng cách gử i cho board Arduino đưa tín hiệu PWM=255 châ n Digital 11 (châ n hỗ trợ PWM), đồ ng thờ i gử i cho board bậ t mứ c HIGH châ n 13 (đèn bá o) ● Phầ n trăm độ ẩm nằm khoảng Level – Level 2: LabVIEW điều khiển độ ng hoạ t độ ng tố c độ chậ m bằ ng cá ch gử i cho board Arduino đưa tín hiệu PWM=100 châ n 11 ● Phầ n tră m độ ẩ m vượ t qua Level 2: LabVIEW tắ t độ ng bằ ng cá ch gử i cho board đưa tín hiệu PWM=0 châ n 11, đồ ng thờ i gử i cho Arduino đưa mứ c LOW châ n 13 tắ t đèn Cò n chế độ điều khiển bằ ng tay Manual, ngườ i dù ng điều khiển độ ng nú t nhấn giao diện Front Panel Chế độ ngườ i dù ng bậ t tắt độ ng bơm thủ cô ng để đáp ứ ng mụ c đích c Ngồi ra, hệ thố ng có cảnh bá o cò i phần trăm độ ẩ m vượ t mứ c thấ p hay mứ c cao mà ngườ i dù ng cà i đặ t LabVIEW gử i cho Arduino đưa mứ c HIGH châ n 12 để cò i hoạ t độ ng nh bá o 16 IV Quá trình thi cơng Cài thư viện LabVIEW interface for Arduino Hình 3: Cài đặt thư viện cho LabVIEW Thiết kế LabVIEW Hình 4: Cửa sổ Block Diagram (BD) LabVIEW 17 Hình 5: Cửa sổ Front Panel (FP) LabVIEW Nạp file LIFA base cho board Arduino Uno Hình 6: Nạp file LIFA cho board Arduino Uno 18 Kết nối board Arduino với máy tính có LabVIEW Hình 7: Kết nối mạch lại với 19 Kiểm thử hệ thống STT Độ ẩm Khoả ng 20% Kết Độ ng bơm hết tố c độ , PWM=255, đèn báo sá ng Thiết lậ p mứ c Khoả ng 40% Level 1=30 Độ ng chạ y tố c độ chậ m, PWM=100, đèn báo sá ng Level 2=50 Mứ c cảnh báo dướ i=10 Rú t m biến khỏ i nướ c, Độ ng bơm chạ y tố c độ Mứ c nh báo trên=70 độ ẩm dướ i 10% Khoả ng 60% Độ ng dừ ng, đèn báo tắ t cao nhấ t, đèn bá o sang, cò i cảnh báo kêu Để ngậ p m biến, độ ẩ m Độ ng dừ ng, đèn tắ t, cò i vượ t 70% 20 cảnh báo kêu CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT I Kết luận Kết hoạt động mạch với mục tiêu đề ra: Mạ ch hoạ t độ ng ổ n định, thự c đú ng c nă ng Ưu điểm: Mạ ch nhỏ gọ n, sử dụ ng độ ng cá c module c giá thành rẻ dễ tìm kiếm Hệ thố ng chỉnh tố c độ độ ng bơm Nhược điểm: Module cảm biến độ ẩm khơ ng có chất lượ ng tố t, bị gỉ theo thờ i gian sử dụ ng II Kiến nghị Hướng ứng dụng đề tài: Sử dụ ng dành cho hệ thố ng tướ i cho vườ n vừ a nhỏ Hướng phát triển đề tài: Phá t triển thêm nhiều hệ thố ng m biến độ ng bơm để đo lườ ng độ ẩ m điều khiển tướ i tiêu phạ m vi lớ n 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo từ Internet: Arduino Uno R3 cấu tạo nguyên lý làm việc , đượ c lấ y từ http://arduino.vn Cách hoạt động cảm biến độ ẩm đất giao diện với Arduino https://lastminuteengineers.com/soil-moisture-sensor-arduino-tutorial/ Kết nối LabVIEW với Arduino-Proteus https://www.youtube.com/watch?v=-YJqfvzoL0k Video hướ ng dẫ n thi cô ng mạ ch https://www.youtube.com/watch?v=pFdVbkRVzwc 22 ...BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI: “HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM” Giả ng viên hướ ng dẫn: ThS Nguyễn... Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ BÁO CÁO MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Nguyễn Quang Trung MSSV: 1853020057 Lớ p: 18ĐHĐT02 Tên đồ n báo cáo mô n họ c: Hệ thố ng đo lườ ng độ ẩm điều khiển độ ng bơm. .. Diagram (BD) đề tài Cửa sổ Front Panel (FP) Hình 3: Cửa sổ Front Panel (FP) đề tài 12 Chú thích: - Trạng thái động cơ: đèn sá ng độ ng hoạ t độ ng ngượ c lạ i Hình 4: Trạng thái động - Độ ẩm: hiển