Đang tải... (xem toàn văn)
Tựa Đồ án Điện Tử căn bản Trường Đại học Cần Thơ ĐO ĐỘ ẨM ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY HỒNG NGOẠI Nguyễn Mạnh Hà ABSTRACT This research project aims to develop a modern method for accurately measuring soi[.]
Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ ĐO ĐỘ ẨM ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY HỒNG NGOẠI Nguyễn Mạnh Hà ABSTRACT This research project aims to develop a modern method for accurately measuring soil moisture by integrating a load cell to directly assess changes in soil weight and employing infrared drying to maintain temperature conditions The primary objective is to provide precise and reliable soil moisture information, supporting farmers in efficient irrigation management and crop care This method not only enhances understanding of soil environments but also optimizes farming practices, minimizing resource waste Through the combination of load cells and infrared drying, the project conducts experiments to determine soil moisture with high accuracy and reliability The obtained results provide insights into speed, repeatability, and the margin of error compared to actual conditions, simultaneously outlining real-world applications and the benefits this approach brings to the farming community and soil research Keyword: Soil moisture measurement, load cell, arduino microcontroller, infrared drying Title: “ Measuring soil moisture using the infrared drying method” TÓM TẮT Đề tài "Đo độ ẩm đất phương pháp sấy hồng ngoại"có ý nghĩa quan trọng lĩnh vực nghiên cứu đất đai nông nghiệp Việc phát triển phương pháp đo độ ẩm đất xác thơng qua loadcell sấy hồng ngoại mang lại nhiều lợi ích Trước hết, cung cấp thơng tin xác độ ẩm, giúp nơng dân hiểu rõ môi trường đất tăng cường khả quản lý tưới tiêu Điều không giúp tối ưu hóa sản xuất trồng mà cịn giảm thiểu lãng phí tài nguyên nước Đồng thời, phương pháp có ứng dụng rộng rãi nghiên cứu đất đai, đóng góp vào việc hiểu rõ cấu trúc đặc điểm đất, hỗ trợ trình bảo vệ bảo quản đất đai, đặc biệt bối cảnh biến đổi khí hậu tăng cường canh tác thơng minh Từ khóa: Đo lường độ ẩm đất, cảm biến trọng lượng, vi điều khiển arduino, sấy hồng ngoại Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử I Trường Đại học Cần Thơ GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đề tài "Đo độ ẩm đất phương pháp sấy hồng ngoại" hướng đến mục tiêu cải thiện độ xác phương pháp đo độ ẩm đất Sử dụng loadcell, loại cảm biến lực, để đo lường trực tiếp thay đổi trọng lượng đất, với áp dụng công nghệ sấy hồng ngoại để trì nhiệt độ ổn định trình đo độ ẩm Phương pháp không cung cấp liệu độ ẩm xác đáng tin cậy mà giảm thiểu ảnh hưởng từ yếu tố ngoại vi Mục tiêu ứng dụng kết đo độ ẩm vào lĩnh vực nông nghiệp nghiên cứu đất đai, giúp tối ưu hóa quản lý tưới tiêu canh tác, đồng thời mang lại lợi ích lớn việc bảo vệ sử dụng hiệu tài nguyên đất đai Đề tài dựa mẫu Máy đo độ ẩm hồng ngoại: Mẫu FD720 Hãng sản xuất Kett – Nhật Đề tài khắc phục nhược điểm đắt tiền cồng kềnh Giúp sản phẩm tới tay nhiều người dùng, hướng đến nhà nơng sử dụng cơng nghệ tự động hóa Giúp phổ biến cơng nghệ đại đến vùng sâu, vùng xa II PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1.Tổng quan II.1.1: Tổng quan Kit ARDUINO UNO R3 - B3H7 Arduino bo mạch vi điều khiển phát triển nhóm giáo sư sinh viên Ý, mắt lần đầu vào năm 2005 Được thiết kế để cảm nhận điều khiển nhiều đối tượng khác nhau, Arduino có khả thực nhiều nhiệm vụ, từ việc lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động thiết bị khác Mạch có khả kết nối với nhiều module khác đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, để mở rộng ứng dụng Về phần cứng, Arduino sử dụng board mạch nguồn mở, xây dựng tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit ARM, Atmel 32-bit Hiện có phiên Arduino, Arduino Uno Arduino Mega phiên phổ biến Phần mềm IDE sử dụng để lập trình cho bo mạch Arduino Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ Các thống số kỹ thuật arduino: Vi điều khiển Atmega 328(họ bit) Điện áp hoạt động 5v-DC ( cáp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16Mhz Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12v-DC Điện áp vào giới hạn 6-20v-DC Số chân Digital/IO 14 (6 chân PWM) Số chân Analog ( độ phân giải 10 bit) Dòng tối đa chân I/O 30mA Dòng tối đa (5V) 500mA Dòng tối đa (3V) 50mA Bộ nhớ flash bootloader 32 KB (Atmega 328) với 0.5KB dùng SRAM 2KB (Atmega 328) EEPROM 1KB (Atmega 328) Arduino có khả kết nối linh hoạt, bao gồm: Arduino hoạt động độc lập mà không cần kết nối với thiết bị ngoại vi Có thể kết nối với máy tính để truy cập liệu từ cảm biến cung cấp thông tin phản hồi Các bo mạch Arduino liên kết lại với để tạo thành hệ thống phức tạp Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ Arduino có khả kết nối với thiết bị điện tử khác đèn, động cơ, module mở rộng khác Mạch điều khiển Arduino kết nối với chip điều khiển khác, mở rộng khả kiểm soát tương tác Arduino IDE, phần mềm lập trình Arduino, có khả kết nối với nhiều tảng khác nhau, bao gồm Windows, Macintosh OSX, Linux, tạo điều kiện cho việc phát triển nhiều hệ điều hành Hình 1: Sơ đồ chân Kit ARDUINO UNO R3 - B3H7 II.1.2: Tổng quan cảm biến trọng lượng (Loadcell) Load cell chuyển đổi biến đổi học thành tín hiệu điện có lực tác động Cảm biến điện trở cảm biến đàn hồi gửi tín hiệu đến đọc liệu qua kết nối analog digital Dữ liệu hiểu để xác định trọng lượng lực tác động Load cell sử dụng rộng rãi ứng dụng đo lường kiểm soát lực tác động trọng lượng Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động Model 3.3~5VDC YZC - 133 Tải trọng Kích thước 20kg (100x30x22)mm Sơ đồ chân: Hình 2: Cảm biến trọng lượng II.1.3: Tổng quan mạch chuyển đổi HX771: HX711 IC chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) sang digital (ADC) 24-bit Được tích hợp tiền khuếch đại (Preamplifier) sử dụng để Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ khuếch đại tín hiệu điện áp thấp Chip HX711 lấy tín hiệu điện áp đầu vào xuất giá trị digital Cấu tạo: Mạch HX711 bao gồm chân kết nối: GND (chân nối đất), DT (chân liệu), SCK (chân clock), VCC (chân nguồn) Chân DT SCK sử dụng để truyền liệu từ HX711 tới Arduino, chân VCC GND cung cấp nguồn cho module Mạch HX711 sử dụng nguyên lý chuyển đổi ADC để đọc giá trị từ cảm biến Loadcell Hình 3: Mạch chuyển đổi HX711 II.1.4: Tổng quan LCD module IC2 LCD 16x2 thường sử dụng để hiển thị trạng thái thông số dự án điện tử Mơ-đun có 16 chân, có chân liệu (D0 - D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại sử dụng để cấp nguồn đèn cho LCD Chân điều khiển giúp cấu hình Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ LCD chế độ lệnh chế độ liệu, chế độ đọc ghi LCD 16x2 sử dụng chế độ bit bit tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Hình 4: Màn hình LCD1602 Để giải vấn đề việc đấu nối nhiều chân, mô-đun I2C LCD đời Thay sử dụng chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2, mô-đun I2C cần chân (SCL, SDA) để kết nối Nó hỗ trợ loại LCD sử dụng driver HD44780 LCD 16x2, LCD 20x4 tương thích với hầu hết vi điều khiển đại Hình 5: Modulei2c Ưu điểm mô-đun I2C bao gồm tiết kiệm chân vi điều khiển dễ dàng kết nối với LCD Thông số kỹ thuật bao gồm điện áp hoạt động từ 2.5-6V DC, hỗ trợ hình LCD1602, 1604, 2004 (driver HD44780), giao tiếp qua I2C, địa mặc định 0X27 điều chỉnh, tích hợp jump chốt biến trở xoay để điều chỉnh độ tương phản cho LCD Để sử dụng hình LCD I2C với Arduino, cần cài đặt thư viện LiquidCrystal_I2C II.1.5: Tổng quan bóng đèn hồng ngoại: Bóng đèn hồng ngoại loại đèn phát tia sáng dải sóng khơng thể nhìn thấy mắt người Thường sử dụng ứng dụng an ninh, giám sát, y học để quay video truyền tải nhiệt điều kiện ánh sáng Có nhiều loại kích thước khác nhau, bao gồm đèn hồng ngoại LED halogen, với khả điều chỉnh độ sáng tích hợp tính an tồn Thơng số kỹ thuật: Nguồn điện/Cơng suất Nguyễn Mạnh Hà B2012497 220/50/100W Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ Model R125 Tuổi thọ Kích thước III 6000 Ø: 125 mm + H: 174 mm THIẾT KẾ PHẦN CỨNG/PHẦN MỀM/PHẦN CƠ KHÍ III.1.1: Thiết kế khối 1: III.1.1.1: Thiết kế phần cứng Bộ đo lường (HX711) Bộ nguồn ( Nguồn DC, AC) Loadcell Bộ hiển thị (LCD) Bộ xử lý ( Arduino Uno) Bộ đo lường (HX711) Loadcell Hình 6: Sơ đồ khối Giải thích sơ đồ khối: Bộ nguồn (DC, AC) có chức cung cấp nguồn điện cho khác sơ đồ Bộ xử lý (Arduino Uno) có chức nhận, xử lý, điều chỉnh, tính tốn giá trị nhận từ đo lường (HX711) Bộ đo lường(HX711) có chức nhận lệnh từ xử lý (Arduino Uno) nhận giá trị từ loadcell Bộ hiển thị (LCD) có chức hiển thị kết quả, giá trị xử lý, tính tốn xử lý (Arduino Uno) IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết hệ thống phù hợp với mục tiêu ban đầu sử dụng Arduino Uno để đọc giá trị cảm biến cân nặng loadcell sau tính tốn phần trăm sai lệch sau sấy Màn hình LCD cảm biến hiển thị với giá trị Kết thực nghiệm cho thấy độ xác hệ thống phụ thuộc vào cảm biến cân nặng Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ mạch chuyển đổi Một số sai sót nhỏ xuất độ nhiễu độ khơng xác khoảng thời gian lần cân ngắn khiến cho hệ thống có sai số Các sai số q trình cân ảnh hướng đến độ xác tính tốn V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Hệ thống đạt yêu cầu tính tốn sai lệch đất trước sau sấy từ tính phần trăm độ ẩm đất Ưu điểm: Sử dụng Arduino cảm biến khối lượng giúp việc đo độ ẩm đất trở nên trực quan dễ dàng Có thể cân đo xác độ ẩm đất mà không sợ vị hư hại thiết bị yếu tố bên Linh kiện đơn giản, phổ biến, gọn nhẹ, giá thành hợp lý giúp người dùng tiếp cận sản phẩm dễ dàng Hiển thị thông tin rõ ràng, dễ hiểu Khuyết điểm: Yêu cầu có kiến thức chuyên sâu điện tử, vi điều khiển để thực Độ bền không cao, bị rơi hư hỏng nặng Hướng phát triển đề tài: Có thể điều khiển nhiệt độ, thời gian buồng sấy Hiển thị nhiệt độ, tính tốn thời gian sấy thích hợp với khối lượng mẫu vật Đưa đề tài phát triển đến vùng sâu vùng xa để hỗ trợ nhà nông LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ts.Nguyễn Văn Khanh cung cấp số liệu, phương tiện, thiết bị cần thiết để thực đề tài với kiến thức chuyên sâu thầy Hơn nữa, em cảm ơn thầy đưa cho em phương pháp hiệu giải đáp thắc mắc em em gặp phải khó khăn q trình thực hiện, giúp em hoàn thành đề tài theo yêu cầu tiến độ Sự góp ý quý báo thầy giúp em cải thiện nội dung chất lượng đề tài Những kiến thức sau góp phần hành trang để em tiếp bước thành công sống Nguyễn Mạnh Hà B2012497 Đồ án Điện Tử Trường Đại học Cần Thơ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://arduino.vn/ [2] http://arduino.cc/ [3] Tài liệu tham khảo Nguyễn Mạnh Hà B2012497 10