(Đồ án hcmute) nghiên cứu phát triển mô hình điều khiển nhà kính phục vụ cho nông nghiệp chính xác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC GVHD: ThS VÕ MINH THẠNH SVTH: NGUYỄN MẬU LUÂN MSSV: 09901006 SVTH: VÒNG A KHÈN MSSV: 09101176 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬTĐIỆN - ĐIỆN TỬ Đề tài: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC GVHD: Ths Võ Minh Thạnh SVTH: Nguyễn Mậu Luân MSSV: 09901006 SVTH: Vòng A Khèn MSSV:09101176 Thành phố Hồ Chí Minh – 1/2016 an NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN  TP HCM, ngày… tháng… năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn an NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO  TP HCM, ngày… tháng… năm 2016 Đại diện hội đồng an MỞ ĐẦU Ngày với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật,công nghệ đại đem lại cho ngƣời thành tựu to lớn.Với phát triển rộng rãi thiết bị điện,ngày hầu hết ngƣời sử dụng thiết bị công nghệ đại.Và với mức sống ngày cao nhu cầu ngƣời dân công nghệ cấp thiết hết Từ vi điều khiển đời, tạo nên bƣớc ngoặc khẳng đinh đƣợc ƣu lĩnh vực phục vụ cho phát triển công nghiệp lẫn nông nghiệp Việc ứng dụng vi điều khiển hệ thống điều khiển tự động chứng minh đƣợc điều đó.Ngày có nhiều sản phẩm kỹ thuật ứng dụng công nghệ vi điều khiển đáp ứng đƣợc nhu cầu lợi ích cho ngƣời Vì thế, vi điều khiển trở thành lựa chọn hoàn hảo cho hệ thống điều khiển tự động phục vụ công nhiệp lẫn nơng nghiệp đại Hịa vào xu hƣớng vi điều khiển khẳng định đƣợc vị vững nhiều ứng dụng tự động hóa.Vì nhóm chúng em tìm hiểu với kiến thức học vi điều khiển nhóm thiết kế ứng dụng vi điều khiển vào đề tài “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC” Nội dung hệ thống xây dụng mơ hìnhứng dụng vi điều khiển phục vụ mục tiêu nông nghiệp nhằm cao suất,tăng khả thu nhập cho ngƣời dân Để hồn thành tốt đồ án này,nhóm cố gắng tận dụng kiến thức học trƣờng với tìm tịi, nghiên cứu hƣớng dẫn tận tình giáo viên hƣớng dẫn Thầy/Cô khoa Điện – Điện Tử Mặc dù, nhóm thực cố gắng hồn thành nhiệm vụ đề tài đặt thời hạn nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ bạn thơng cảm.Nhóm thực đề tài mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ q Thầy/Cơ bạn Xin chân thành cảm ơn! an LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án, nhóm thực nhận đƣợc giúp đỡ tận tình từ q Thầy/Cơ ngồi khoa Điện-Điện Tử, ngƣời thân,gia đình bạn bè Nhờ giúp đỡ đó, nhóm hồn thành tốt đƣợc đồ án tốt nghiệp Để đạt đƣợc thành cơng này,nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Võ Minh Thạnh,ngƣời theo dõi, bảo tận tình cho chúng em suốt thời gian thực đề tài, thầy đóng góp ý kiến hƣớng dẫn đồng thời thiếu sót giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án Bên cạnh đó,nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo khoa Điện-Điện Tử tận tình giúp đỡ,đóng góp ý kiến nhƣ truyền đạt kinh nghiệm để giúp cơng việc nhóm đƣợc thuận lợi Cuối cùng,chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình,bạn bè giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cám ơn! TPHCM, ngày tháng năm 2016 Nhóm thực đề tài Vịng A Khèn Nguyễn Mậu Luân an TÓM TẮT Khoa học kỹ thuật thay đổi ngày, ngƣời kỹ thuật phải thay đổi tầm nhìn để theo kịp cơng nghệ đại Trọng tâm khoa học kỹ thuật văn minh cơng nghiệp đặt vào lĩnh vực cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ vật liệu, công nghệ lƣợng, công nghệ sinh học công nghệ tự động Từ vi điều khiển đời, tạo bƣớc ngoặc cho phát triển tự động hóa cơng nghiệp, xuất vi điều khiển hệ thống điều khiển công nghiệp chứng minh đƣợc điều Hệ thống điều khiển dung vi điều khiển có khả chống nhiễu, khả giao tiếp cơng suất tính đơn giản lập trình Cùng với đời phần mềm giám sát thu thập liệu, vi điều khiển trở thành lụa chọn hoàn hảo cho hệ thống điều khiển tự động công nghiệp Nhằm ứng dụng kiến thức đƣợc trang bị trình học tập vào thực tế, nhóm thực lựa chọn đề tài “ nghiên cứu phát triển mơ hình nhà kính phục vụ cho nơng nghiệp xác” Nội dung hệ thống xử lý tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm để điều khiển hoạt động hệ thống nhà kính Hệ thống có khả ứng dụng rộng rãi hệ thống ni trồng, sản xuất nơng nghiệp Ngồi cịn làm tảng để ứng dụng thuật toán điều khiển vào hệ thống khác nhƣ hệ thống ổn định lị nhiệt Mặc dù nhóm thực cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt thời hạn nhƣng chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong q thầy/cơ bạn thong cảm Nhóm thực đề tài mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ quý thầy/cô bạn an MỤC LỤC CHƢƠNG : TỒNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.4 Nội dung đề tài CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu PIC16F887 2.1.1 Khái quát PIC 2.1.2 Chọn Vi điều khiển 2.1.3 Các dòng PIC 2.1.4 Ngơn ngữ lập trình cho PIC 2.2 Giới thiệu chung PIC 2.2.1 Sơ đồ chân hình dạng thực tế 2.2.2 Một vài chi tiết vi điều khiển PIC16F887 2.2.3 Bộ dao động PIC16F887 2.2.4 Các Port I/O 10 2.2.5Hoạt động khối giao tiếp EUSART 11 2.2.6 Cấu tạo hoạt động vi điều khiển xung PWM 13 2.2.7 Ngắt chân RB0 15 2.2.8 Cấu tạo hoạt động Timer 16 2.3 Giới thiệu cảm biến DHT11 16 2.3.1 Giới thiệu 16 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 17 2.4 Cảm biến độ ẩm đất 20 Chƣơng THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu thiết kế 22 3.2 Lựa chọn phần cứng 22 3.2.1 Khối xử lý khối điều khiển trung tâm 23 an 3.2.2 Khối cảm biến 24 3.2.3 Khối hiển thị 25 3.2.4 Cơ cấu chấp hành 26 3.3 Thiết kế mạch hệ thống 28 3.3.1 Sơ đồ mạch khối vi xử lý 29 3.3.2 Sơ đồ mạch khối cảm biến 30 Chƣơng LẬP TRÌNH PHẦN MỀM 4.1 Tổng quan CCS 31 4.1.1 Giới thiệu CCS 31 4.1.2 Lý lựachọn CCS 31 4.2 Lƣu đồ giải thuật 33 Chƣơng KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận 34 5.2 Hƣớng phát triển 35 DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 Hình 2.2 Hình dạng thực tế PIC16F887 Hình 2.3 Sơ đồ khối PIC16F887 Hình 2.4 Sơ đồ khối dao động PIC16F887 Hình 2.5 Bộ dao động HS 10 Hình 2.6 Cấu tạo chân GPIO 11 Hình 2.7 Sơ đồ khối truyền module EUSART 11 Hình 2.8 Sơ đồ khối phận USART 13 Hình 2.9 Sơ đồ khối PWM 14 Hình 2.10 Giản đồ thời gian song điều xung chân CCPx 14 Hình 2.11 Sơ đồ khối logic hệ thống ngắt PIC16F887 15 Hình 2.12 Sơ đồ khối timer 16 Hình 2.13 Cảm biến DHT11 17 Hình 2.14 Sơ đồ kết nối vi xử lý 17 Hình 2.15 Giản đồ gửi tín hiệu start 18 an Hình 2.16 Cảm biến độ ẩm đất 20 Hinh 2.17 Sơ đồ mạch nguyên lý 21 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 22 Hình 3.2 PIC16F887 24 Hình 3.3 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ cam biến độ ẩm đất 24 Hình 3.4 LCD 20x4 25 Hình 3.5.Chức chân LCD 25 Hình 3.6 Máy bơm chìm 26 Hình 3.7 Máy tạo sƣơng 27 Hình 3.8 Đèn gia nhiệt 27 Hình 3.9 Sơ đồ tồn mạch 28 Hình 3.10 Khối vi xử lý 29 Hình 3.11 Khối cơng suất 29 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối cảm biến 30 Hình 4.1 Giao diện phần mềm 32 Hình 4.2 Lƣu đồ giải thuật 33 Hình 5.1 Mơ hình hệ thống 34 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC Mạch sử dụng oppto cách ly triac BTA12 để đóng mở nguồn điều khiển cho tải hoạt động Triac BTA12 có dịng cực đại 12A điện áp cực đại 600V 3.3.3 Sơ đồ mạch khối cảm biến Sơ đồ mạch cảm biến DHT11 đƣợc thể hình 3.9 với nối chân: - Chân nối với nguồn - Chân data nối với RB0 - Chân bỏ trống - Chân nối với GND Hình 3.12 Sơ đồ mạch khối cảm biến 30 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC Chƣơng LẬP TRÌNH PHẦN MỀM 4.1 Tổng quan CCS 4.1.1 Giới thiệu CCS - CCS trình biên dịch lập trình ngơn ngữ C cho vi điều khiển PIC hãng Microchip Chƣơng trình tích hợp trình biên dịch riêng viết cho dịng PIC khác : - PCB cho dịng PIC 12-bit opcodes - PCM cho dòng PIC 14-bit opcodes - PCH cho dịng PIC 16 18-bit Tất trình biên dịch đƣợc tích hợp lại thành chƣơng trình bao gồm trình soạn thảo biên dịch CCS, phiên CCS 5.1 Giống nhƣ nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp cho ngƣời sử dụng nắm bắt nhanh đƣợc vi điều khiển PIC sử dụng PIC dự án Các chƣơng trình điều khiển đƣợc thực nhanh chóng đạt hiệu cao thơng qua việc sử dụng ngơn ngữ lập trình cấp cao – ngơn ngữ C Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng có nhiều, nhƣng chi tiết Help kèm theo phần mềm (tài liệu Tiếng Anh) Trong trợ giúp nhà sản xuất mô tả nhiều hằng, biến, thị tiền sử lý, cấu trúc câu lệnh chƣơng trình, hàm tạo sẵn cho ngƣời dùng… 4.1.2 LÝ DO CHỌN PHẦN MỀM CCS Sự đời loại vi điều khiển kèm với việc phát triển phần mềm ứng dụng cho việc lập trình cho chíp vi điều khiển Vi điều khiển hiểu làm việc với hai số Ban đầu để việc lập trình cho vi điều khiển làm việc với dãy số Sau kiến trúc vi điều khiển ngày phức tạp, số lƣợng ghi lệnh nhiều lên, việc lập trình với dãy số khơng cịn phù hợp nữa, địi hỏi đời ngôn ngữ thay Và ngơn ngữ lập trình Assembly.Ở ta khơng nói nhiều đến Assembly Sau lập 31 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC trình cho vi điều khiển cách ngắn gọn dễ hiểu dẫn đời ngôn ngữ C đời, nhu cầu dùng ngôn ngữ C để thay cho Assembly việc mô tả lệnh, nhiều chƣơng trình soạn thảo biên dịch C cho vi điều khiển: Keil C, MikroC, CCS….Tôi chọn CCS cho làm đơn giản dễ hiểu so với Assembly , MikroC… để áp dụng lại kiến thức học đƣợc trƣờng Hình 4.1 Giao diện phần mềm 32 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC 4.2LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT Hình 4.2 Lƣu đồ giải thuật 33 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC Chƣơng KẾT LUẬN 5.1 Kết Luận Hình 5.1 Hệ thống nhà kính Sau thời gian thực đề tài “nghiên cứu phát triển mơ hình điều khiển nhà kính phục vụ cho nơng nghiệp xác”, nhóm thực đồ án đạt đƣợc kết cụ thể sau: - Tìm hiểu đƣợc PIC, cảm biến làm việc nhƣ - Đo đƣợc nhiệt độ độ ẩm - Điều khiển ngõ để đáp ứng yêu cầu đặt ra, điều khiển nhiệt độ độ ẩm Tuy đạt đƣợc số kết định nhƣng đồ án số tồn nhƣ: - Việc xử lý sai số, chƣa điều khiển giám sát thơng qua máy tính đƣợc 34 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC 5.2 Hƣớng Phát Triển Ngồi kết đạt đƣợc đề tài, nhóm nghiên cứu muốn có cải tiến tƣơng lai: - Có thể điều khiển, giám sát vàcó bảng đồ nhiệt độ độ ẩm để tiện theo dõi - Có thể đo cƣờng độ ánh sang để điều khiển mái che , trồng có yêu cầu khắc khe ánh sáng để sinh trƣởng phát triển tốt 35 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NƠNG NGHIỆP CHÍNH XÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Phú,Giáo trình vi xử lý vi điều khiển PIC, 2014 [2] Lê Chí Kiên, Giáo trình đo lường cảm biến,Tp.HCM: Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh,2013 [3] Nguyễn Đăng Quang, Giáo trình Micrsoft Visual Basic ,Tp Hồ Chí Minh: Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 2009 [4] PGS.TS Trần Thu Hà,Ths.Trƣơng Bích Ngà,Ts Nguyễn Thị Lƣỡng, Ths.Bùi Thị Tuyết Đan, Ths.Phù Thị Ngọc Hiếu, Ths.Dƣơng thị Cẩm Tú,Giáo trình điện tử bản.,Tp Hồ Chí Minh: Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 2013 36 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn an PHỤ LỤC Chƣơng trình #include "main.h" #include "lcd16x2/lcd_16x2.c" #include "dht/dht11.c" #define k1 PORTD0 #define k2 PORTD1 #define k3 PORTD2 #define k4 PORTD3 #define l1 PORTC0 #define l2 PORTC1 #define l3 PORTC2 #define l4 PORTC3 int t1 = 30,t2 = 35, a1 = 55, a2 = 70, d1 = 50, d2 = 80; int32 read,temp; int nd; uint8_t str[20]; void caidat() { LCD_Clear(); LCD_Gotoxy(0,0); sprintf(str,"CAI DAT NHIET DO"); LCD_Puts(str); while(TRUE) { LCD_Gotoxy(0,1); sprintf(str,"Nhietdo thap la: %d",t1); LCD_Puts(str); if(k2==0) { while(k2==0){} if(t1>0) t1 ; else t1 = t2; } an if(k3==0) { while(k3==0){} if(t1t1) t2 ; else t2 = 99; } if(k3==0) { while(k3==0){} if(t20) a1 ; else a1 = a2; } if(k3==0) { while(k3==0){} if(a1a1) a2 ; else a2 = 99; } if(k3==0) { while(k3==0){} if(a20) d1 ; else d1 = d2; } if(k3==0) { while(k3==0){} if(d1d1) d2 ; else d2 = 99; } if(k3==0) { while(k3==0){} if(d299) temp = 99; nd = 110-(int)temp; LCD_Gotoxy(0,3); sprintf(str,"Am dat %u",nd); LCD_Puts(str); LCD_Gotoxy(11,3); sprintf(str,"T:%d",d1); LCD_Puts(str); LCD_Gotoxy(16,3); sprintf(str,"C:%d",d2); LCD_Puts(str); if(k1==0) { while(k1==0) {} caidat(); LCD_Clear(); LCD_Gotoxy(0,0); sprintf(str,"TRUONG DH SPKT TPHCM"); LCD_Puts(str); } if(dh_nhiet_dot2) l1 = 0; if(dh_do_ama2) l2 = 1; if(ndd2) l3 = 1; } } Chƣơng trình đọc từ cảm biến #include "dht11.h" uint8_t DHT_GetTemHumi (uint8_t *tem,uint8_t *humi) { uint8_t buffer[5]={0,0,0,0,0}; an uint8_t ii,i,checksum; DHT_DDR_DATA=DDROUT; DHT_DATA_OUT=1; delay_us(60); DHT_DATA_OUT=0; delay_ms(25); DHT_DATA_OUT=1; delay_us(40); DHT_DDR_DATA=DDRIN; delay_us(60); if(DHT_DATA_IN)return DHT_ER ; else while(!(DHT_DATA_IN)); delay_us(60); if(!DHT_DATA_IN)return DHT_ER; else while((DHT_DATA_IN)); for(i=0;i