MỞ ĐẦU 1 1.Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Lý do chọn đề tài 2 3. Mục đích nghiên cứu 3 4. Kết cấu 3 5. Phương pháp nghiên cứu 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 5 1.1. Khái niệm về hệ thống tự động 5 1.2.Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất 5 1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng 6 1.4. Các nghiên cứu ở nước ngoài 7 1.5.Các nghiên cứu trong nước 9 1.6. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 9 CHƯƠNG 2. CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY THEO ĐỘ ẨM 10 2.1. Vi điều khiển Pic 16F877A. 11 2.1.1. Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A 11 2.1.2. Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A 12 2.1.3. Các bộ timer của 16F877A 17 2.2. Cảm biến DHT11 18 2.3. Màn hình LCD 2 dòng 16 kí tự Error Bookmark not defined. 2.4. Rơle đóng ngắt thiết bị 21 2.5. Tụ điện 21 2.6.Điot 22 2.7. Điện trở 22 2.8. Thời gian thực DS1307 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY 25 3.1. Xây dựng bài toán cho hệ thống 25 3.2. Thiết kế phần cơ 26 3.2.1. Xác định lần tưới nhu cầu nướclần tưới và khả năng cung cấp nước
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY & ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Sinh viên thực : Hoàng Thiện Phúc Lớp Cơ điện tử K51 : Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Lăng Vân HÀ NỘI 05 - 2014 i lOMoARcPSD|17633278 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY & ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Sinh viên thực : Hoàng Thiện Phúc Lớp Cơ điện tử K51 : Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Lăng Vân HÀ NỘI 05 - 2014 i Thu trang lOMoARcPSD|17633278 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian thực đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế chế tạo hệ thống tưới tự động, em cố gắng vận dụng kiến thức học trường, thực tế Cùng với giúp đỡ thầy Lê Lăng Vân hoàn thành yêu cầu đề tài Đó nghiên cứu, thiết kế thực thi chế tạo mạch điều khiển hệ thống tưới tự động đạt độ xác hoạt động tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Lăng Vân tận tình bảo giúp đỡ em hồn thành đồ án tốt nghiệp Do kiến thức hạn chế q trình thực đồ án em khơng tránh khỏi sai xót kính mong q thầy hội đồng thi dẫn, bỏ qua giúp đỡ em.Em mong đóng góp thầy cô bạn để nội dung đề tài ngày hoàn thiện Sinh viên thực Hoàng Thiện Phúc ii Thu trang lOMoARcPSD|17633278 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Kết cấu Phương pháp nghiên cứu .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động 1.2.Vai trị tự động hóa q trình sản xuất 1.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng 1.4 Các nghiên cứu nước 1.5.Các nghiên cứu nước 1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung CHƯƠNG CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY THEO ĐỘ ẨM .10 2.1 Vi điều khiển Pic 16F877A 11 2.1.1 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A 11 2.1.2 Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A 12 2.1.3 Các timer 16F877A 17 2.2 Cảm biến DHT11 18 2.3 Màn hình LCD dịng 16 kí tự Error! Bookmark not defined 2.4 Rơle đóng ngắt thiết bị .21 2.5 Tụ điện .21 2.6.Điot 22 2.7 Điện trở 22 2.8 Thời gian thực DS1307 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY .25 3.1 Xây dựng toán cho hệ thống 25 3.2 Thiết kế phần 26 3.2.1 Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới khả cung cấp nước 26 iii lOMoARcPSD|17633278 3.2.2 Phân chia khu tưới .27 3.2.3 Tính tốn đường ống 27 3.2.4 Tính tốn đường ống nhánh, đường ống thứ cấp 29 3.2.5 Chọn phương pháp tưới 30 3.2.6 Vật liệu sử dụng xây dựng hệ thống tưới 31 3.3.Thiết kế mạch điều khiển 33 3.3.1 Thiết kế phần cứng 33 3.3.2.Mạch in thực tế sau thiết kế (sử dụng phần mềm atium) 33 3.3.3 Thiết kế phần mềm 34 3.3.4 Thuật toán điều khiển .38 3.3.5 Mạch thực tế sau thiết kế chạy thử 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 41 4.1 Đánh giá kết 41 4.2 Hạn chế đề tài .41 4.3 Hướng phát triển đề tài 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 iv Thu trang lOMoARcPSD|17633278 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.Bộ hẹn van điều khiển Hình Sơ đồ khối mạch Hình 2.Sơ đồ chân PIC 16F877A Hình Sơ đồ nguyên lý Hình 4.Cảm biến DHT11 Hình Sơ đồ kết nối với VĐK Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD1602 mạch điện Hình Relay 5V sơ đồ chân Hình Điot Hình Sơ đồ chân DS1307 Hình Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 2.Mạch in sau thiết kế Hình 3 Giao diện phần mềm lập trình Hình PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM Hình Giao diện phần mềm nạp pickit2 Hình Lưu đồ thuật toán điều khiển Hình Mạch thực tế sau thiết kế chạy thử v Thu trang 10 11 12 18 19 20 21 22 23 33 34 35 36 37 39 40 lOMoARcPSD|17633278 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Nền nông nghiệp nước ta nông nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan không đảm bảo u cầu Có thể nói nơng học ngồi kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học trồng không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt suất, hiệu cao Ngoài tuyến phố khu vực trung tâm thành phố bắt gặp hình ảnh xe bồn chở nước tưới dọc đường gây ùn tắc, an tồn giao thơng Mặt khác nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vịi khơng bù áp, dây tưới nhỏ giọt ) có thơng số khác phục vụ cho loại khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng Việc tính tốn để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng nhu cầu tưới theo nông học trồng phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm gốc, độ ẩm khơng khí cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước Thu trang lOMoARcPSD|17633278 tạo điều kiện cho trồng hấp thu dinh dưỡng khơng gây rửa trơi, thối hóa đất, khơng gây ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp cho người khơng phải tưới cây, khơng phải tốn chi phí nhân công tưới nước giám sát thời gian tưới Với hệ thống này, việc tưới tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa năm… Tất điều kiện đưa vào hệ thống tính tốn đưa thời gian xác để bơm nước Người lao động không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Lý chọn đề tài Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) hệ thống thiết bị tưới tốt đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng Vốn phổ biến từ nhiều nước giới Tuy nhiên Việt Nam vài ba năm trở lại việc vận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn với q trình đại hóa nơng nghiệp nơng thơn người dân mạnh dạn đưa vào xử dụng chi phí đầu tư cao Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người, làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc địi hỏi xác cao Thu trang lOMoARcPSD|17633278 Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò quan trọng góp phần lớn cho tiến khơng ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta cịn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả đo đạc điều khiển thông số môi trường :nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với giai đoạn phát triển trồng Xuất phát từ vấn đề thực tiễn em nghiên cứu tiến hành thiết kế : “Hệ Thống Tưới Cây Tự Động theo độ ẩm’’ Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới tự động, từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu trồng nước ta có phương án đạt hiệu cao Kết cấu - Tổng quan đề tài - Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch điều khiển - Thiết kế hệ thống tưới tự động - Kết định hướng phát triển Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Các kết nghiên cứu kế thừa Thu trang