Đồ án cuối kỳ môn lập trình hệ thống nhúng Đề tài hệ thống tưới cây tự dộng

Việc tính toán để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới theo nông học cây trồng và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao là việc cần thiết cho việc phá

KHOA KỸ THUẬT & KHOA HỌC MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN CUỐI KỲ

MÔN LẬP TRÌNH HỆ THỐNG NHÚNG

ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ DỘNG

SINH VIÊN: NGUYỄN THẾ SƠN

MSSV: 91012102136

LỚP: 21DMT

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH GIẢNG VIÊN: TS Chung Tấn Lâm

HK1 NĂM HỌC 2024-2025

LỜI NÓI ĐẦU

Em xin chân thành cảm ơn thầy Chung Tấn Lâm đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Do kiến thức còn hạn chế trong quá trình thực hiện đồ án em không tránh khỏi những sai xót kính mong quý thầy cô trong hội đồng thi chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ em.Em rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Sơn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

MỞ ĐẦU 4

1.Tính cấp thiết của đề tài 4

2 Lý do chọn đề tài 5

3 Mục đích nghiên cứu 5

4 Kết cấu 5

5 Phương pháp nghiên cứu 6

CHƯƠNG 1: HỆ THÔNG TƯỚI CÂY TỰ DỘNG 7

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 10 2.1 Arduino UNO 10

2.2 Cảm biến độ ẩm đất 11

2.3 Hệ thống Actuator 12

2.3.1 RELAY 5V: 12

2.3.2 MÁY BƠM NƯỚC DC: 14

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG 15

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách chủ quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày được áp dụng càng nhiều Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, dây tưới nhỏ giọt ) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều nước như Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , sẽ rất thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình Việc tính toán để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới theo nông học cây trồng và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao là việc cần thiết cho việc phát triển trên diện rộng của hệ thống tưới này Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm gốc, độ ẩm lá và không khí cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, thoái hóa đất, không gây ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động có thể kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp cho con người không phải tưới cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước cũng như giám sát thời gian tưới cây Với hệ thống này, việc tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều

kiện đó sẽ được đưa vào hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm nước Người lao động sẽ không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, cây sẽ được sinh trưởng và phát triển tốt hơn nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn

2 Lý do chọn đề tài

Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) là hệ thống thiết bị tưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụng rộng trên các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công Vốn đã rất phổ biến từ nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây việc vận dụng

hệ thống này mới trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động cũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn nhưng không phải người dân nào cũng mạnh dạn đưa vào xử dụng vì chi phí đầu tư cao Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, và với những phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại năng suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng được nâng cao, đòi hỏi chất và lượng nâng cao Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả năng đo đạc

và điều khiển được các thông số của môi trường như :nhiệt độ, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em đã nghiên cứu và tiến hành thiết kế : “Hệ Thống Tưới Cây Tự Động theo

độ ẩm’’

3 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao

4 Kết cấu

- Tổng quan về đề tài

- Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển

- Thiết kế hệ thống tưới tự động

- Kết quả và định hướng phát triển

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:

Các kết quả nghiên cứu kế thừa:

- Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng

- Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn

Định hướng nghiên cứu :

- Nghiên cứu phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy tính

- Tìm ra phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả Kiểm chứng :

- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện hệ thống

CHƯƠNG 1: HỆ THÔNG TƯỚI CÂY TỰ DỘNG

Các thành phần cần thiết cho dự án này như sau:

1 Bo mạch Arduino UNO

2 Bảng mạch thí nghiệm chung

3 Relay 5 V

4 Nguồn điện 5 V DC

5 Cảm biến độ ẩm đất (YL-69)

6 Dây kết nối

7 Cáp Arduino

8 Máy bơm nước 5 V DC

Mô tả về mạch:

Giao diện của cảm biến độ ẩm đất (YL-69), bo mạch rơ le 5 V

và máy bơm nước DC 20 V với bo mạch Arduino UNO được thể hiện trong Hình 5.16 Máy bơm nước DC 20 V được kết nối với chân NO (thường mở) và COM (còn gọi là cực) của rơ le Các chân 5 V và GND (đất) của rơ le được kết nối với chân 5 V và GND (đất) của bo mạch Arduino Chân IN của rơ le được kết nối với chân số 8 của bo mạch Arduino Các chân Vcc, GND (đất) và AO của cảm biến độ ẩm đất được kết nối với chân 5 V, GND (đất) và A0 của bo mạch Arduino Chân 8 của Arduino UNO được kết nối với bo mạch rơ le để điều khiển kích hoạt rơ le Máy bơm nước DC 5 V được kết nối với mô-đun rơ le, như thể hiện trong Hình 5.16 Theo điều kiện mặc định,

vì máy bơm nước được kết nối giữa các đầu cuối COM và NO của rơ

le nên nó sẽ khiến máy bơm nước tắt Nếu chân 8 của Arduino tạo ra điện áp 5 V thì rơ le sẽ được kích hoạt và điều này sẽ khiến máy bơm

nước bật

Hình 1 Sơ đồ mạch điều khiển việc chuyển đổi máy bơm nước tùy thuộc vào độ

Độ ẩm có trong đất được cảm biến độ ẩm đất cảm nhận và tùy thuộc vào hàm lượng độ ẩm, máy bơm nước sẽ được bật hoặc tắt

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của dự án điều khiển việc chuyển đổi máy bơm nước tùy thuộc vào độ ẩm trong đất

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1 Arduino UNO

Hình 3: hình dáng bên ngoài Arduino

Đặc điểm cơ bản của Arduino UNO:

 Vi điều khiển: ATmega328P

 Điện áp hoạt động: 5V

 Điện áp đầu vào: 7-12V (khuyến nghị)

 14 chân digital I/O (6 chân có thể dùng PWM)

 6 chân analog input

 Bộ nhớ Flash: 32KB

 SRAM: 2KB

 Tốc độ xử lý: 16MHz

Các cổng kết nối chính:

 Cổng USB: dùng để nạp code và cấp nguồn

 Cổng nguồn ngoài

 Các chân digital (D0-D13)

 Các chân analog (A0-A5)

 Chân nguồn: 5V, 3.3V, GND

Ưu điểm:

 Dễ sử dụng, phù hợp cho người mới học

 Cộng đồng người dùng lớn

 Nhiều thư viện hỗ trợ

 Giá thành phải chăng

 Tương thích với nhiều cảm biến và module

2.2 Cảm biến độ ẩm đất

Hình 4: Cảm biến độ ẩm đất

Cấu tạo vật lý:

 2 đầu dò (probe) làm bằng vật liệu dẫn điện

 Module điều khiển và xử lý tín hiệu

 3 chân kết nối: VCC, GND, AO (Analog Output)

 Điện áp hoạt động: 3.3V - 5V

Nguyên lý hoạt động:

 Đo điện trở giữa hai đầu dò

 Khi đất khô: điện trở cao, tín hiệu analog cao

 Khi đất ẩm: điện trở thấp, tín hiệu analog thấp

 Chuyển đổi điện trở thành tín hiệu analog (0-1023) Đặc điểm kỹ thuật:

 Đầu ra analog: 0-1023 (10-bit)

 Độ nhạy có thể điều chỉnh qua biến trở

 Có đèn LED báo trạng thái hoạt động

 Tiêu thụ điện thấp

 Thời gian phản hồi nhanh

Ưu điểm:

 Giá thành rẻ

 Dễ lắp đặt và sử dụng

 Độ chính xác đủ cho ứng dụng tưới cây

 Kết nối đơn giản với Arduino

 Bền và ổn định



2.3 Hệ thống Actuator

2.3.1 RELAY 5V:

Hình 5: Module Relay 5V 10A

A Cấu tạo:

 Cuộn dây điện từ

 Tiếp điểm thường đóng (NC)

 Tiếp điểm thường mở (NO)

 Tiếp điểm chung (COM)

 Module điều khiển với opto-coupler

B Đặc điểm kỹ thuật:

 Điện áp điều khiển: 5V DC

 Dòng điện điều khiển: 15-20mA

 Khả năng đóng ngắt: 10A/250VAC hoặc 10A/30VDC

 Thời gian đáp ứng: 5-10ms

C Nguyên lý hoạt động:

 Nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino

 Kích hoạt cuộn dây điện từ

 Chuyển đổi tiếp điểm

 Đóng/ngắt mạch điện máy bơm

2.3.2 MÁY BƠM NƯỚC DC:

Hình 6: Máy bơm nước DC

A Thông số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động: 5V DC

 Công suất: 2-3W

 Lưu lượng: 100-200L/h

 Độ cao đẩy: 0.5-1m

B Đặc điểm:

 Motor DC chống nước

 Kích thước nhỏ gọn

 Hoạt động êm

 Tiêu thụ điện thấp

 Dễ dàng lắp đặt

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG

Hình 7: Sơ đồ kết nối của hệ thống tưới cây tự động

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu, thiết kế và thực hiện hệ thống tưới cây

tự động dựa trên cảm biến độ ẩm, chúng ta rút ra được những kết luận sau:

4.1 Về mặt kỹ thuật:

 Hệ thống đã hoạt động ổn định, đảm bảo việc tưới nước tự động khi độ ẩm đất xuống dưới ngưỡng cài đặt

 Các thông số kỹ thuật đạt yêu cầu đề ra về độ chính xác đo độ

ẩm và thời gian phản hồi

 Thiết bị có khả năng tích hợp và mở rộng với các module bổ sung

4.2 Về hiệu quả kinh tế:

 Giúp tiết kiệm 30-40% lượng nước so với phương pháp tưới thủ công

 Chi phí đầu tư ban đầu hợp lý, thời gian hoàn vốn nhanh

 Giảm chi phí nhân công cho việc chăm sóc cây trồng

4.3 Về khả năng ứng dụng thực tế:

 Phù hợp để triển khai cho các vườn rau, hoa màu quy mô vừa và nhỏ

 Dễ dàng lắp đặt, vận hành và bảo trì

 Có thể mở rộng quy mô và tính năng trong tương lai

4.4 Đề xuất phát triển:

 Tích hợp thêm các cảm biến môi trường khác như nhiệt độ, ánh sáng

 Phát triển ứng dụng điện thoại để điều khiển từ xa

 Nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu lịch tưới

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Programming and Interfacing with Arduino

2 http://arduino.vn/

3 http://arduino.cc/