Bài tập lớn ”hệ thống nhúng” Đề tài ”Điều khiển tưới cây

Hệ thống tưới nước tự động là 1 hình thức tiết kiệm và hợp lý Tuy nhiên ở VN chỉ vài ba năm trở lại đây là việc vận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng.Hệ thống tưới nước tự động cũ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN HỆ THÔNG THÔNG TIN

Bài tập lớn :”Hệ Thống Nhung”

Đề Tài: "Điều Khiển Tưới Cây”

Phạm Quốc Anh - 86511

Phạm Tiền Đạt - 87899 Nguyễn Quang Hung - 86639

Mục lục

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Lý do chọn đề tài

4 Kết cấu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HẸ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỌNG

1.1 Khái niệm về hệ thống tự động

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng

1.4 Các nghiên cứu ở nước ngoài

1.6 Cac van đề cần nghiên cứu bổ sung

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN TỬ CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN HẸ THỐNG TƯỚI CÂY THEO DO AM

2.1.Vi điều khiển PIC 16F877A

2.2 Cảm biến DHT11

2.tỉ Tụ điện

2.6 Điot

2.7 Điện trở

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HẸ THỐNG TƯỚI CÂY

3.2.Thiết kế mạch điều khiển

3.2.3 Thuật toán điều khiển

CHƯƠNG 4: KẾT LUẠN

4.1 Ưu điểm

4.2 Nhược điểm

TÀI LIẸU THAM KHẢO

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 áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc được

tiến hành 1 cách chủ qua và không đám bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoài những

kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là I trong những khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, dé đảm bảo cây sinh trướng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu của nông học của

cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh , hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn , đạt năng suắt, hiệu quả

Ngoài ra trên những tuyến phố ở khu vực trung tâm thành phố chứng ta vẫn bắt gặp hình ánh các xe tưới cây dọc đường sây ùn tắc, mắt an toàn giao thông

Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa các thiết bị máy

móc được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người

2 Lý do chọn đề tài

Hệ thống tưới tự động(tưới nhỏ giọt , phun sương ) là hệ thống thiết bị 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 1 hình thức tiết kiệm và hợp lý

Tuy nhiên ở VN chỉ vài ba năm trở lại đây là 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 đân

Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộc sống con người, làm cho cuộc sống cơn người ngày càng trở nên tiện nghi và hiện đại.Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã

tạo ra những thiết bị máy móc hiện đại thay thế cho con người đòi hỏi độ chính xác cao

3 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng kiến thức đã học đề nghiên cứu và thiết kế chế tạo mô hình hệ thống tưới tự động, từ

đó áp đụng vào 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 cầu

- Tông quan về đề tài

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

- Thiết kế hệ thống tự động tưới

- Kết quá và định hướng phát triển

CHUONG 1 TONG QUAN VE HE THONG TUOI CAY TU ĐỘNG

1.1 Khái niệm về hệ thống tự động

Hệ thống điều khiến tự động là hệ thống bao gồm các phan tử tự động nhằm điều khiển các

quá trình xảy ra trong thiên nhiên , cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp từ con người

Hệ thống điều khiến tự động : Là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động

qua lại lẫn nhau chỉ để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển 1 hệ thống khác

Hệ thống điều khiến tự động xuất hiện ngày nay rất phố biến

-Hệ thống điều hòa không khí

-Hệ thống điều chỉnh độ ấm

-Hệ thống tự động báo chảy v.v

Trong môi trường sản xuất:

-Các máy tự động

-Các đường day san xuat, lắp ráp tự động

-Các máy điều khiên theo chương trình, Máy tính, Robot v.v

1.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất

Ứng dụng tự động hóa trong sản xuất nghĩa là tăng tôi đa sự tham gia của máy móc tự động, giám thiêu sự tham gia của con người trong quy trình sản xuất Do vậy, doanh nghiệp sẽ giảm được chỉ phí nhân công Thay vào đó, chỉ cần đầu tư một lần vào sản xuất thì đó sẽ là sự đầu tư thông minh

và hiệu quá Hơn thế nữa, trong sản xuất có rất nhiều công đoạn nguy hiểm nếu con người tham gia trực tiếp Bởi vậy, nhờ ứng dụng dây chuyền tự động mà sẽ đám báo an toàn lao động tại các nhà

máy

Quy trình sản xuất khi được ứng dụng các thiết bị tự động thì mọi thông số sản phẩm sẽ được

lập trình trước, do vậy mà thành phẩm tạo ra luôn có độ chính xác cao, tỷ lệ lỗi thấp nhất Tự động hóa đo vậy mà giúp các doanh nghiệp giám thiểu đáng kê những sai sót của thành phẩm liên quan

đến con người Hơn thế nữa, nhờ dây chuyển sản xuất tự động mà các sản phẩm tạo ra luôn có độ

đồng đều cao nhất Tỷ lệ lỗi thấp đồng nghĩa với việc nhà máy sẽ giảm được các chi phí nguyên vật

liệu, chi phí sản xuất liên quan đến việc sửa lỗi sản phẩm hoặc sản xuất bù

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng

Tự động hóa, về cơ bản, là việc ứng dụng công nghệ vào trong sản xuất để chuyên toàn bộ (hoặc một phần) quá trình sản xuất cho máy móc, thiết bị mà không cần đến sự vận hành của con người Nói cách khác, tự động hóa là “giao” lại việc sản xuất cho máy móc Với các ưu điểm giúp giảm sức lao động cho con người; tăng năng suất lao động, đồng thời đám bảo an toàn, chất lượng;

tiết kiệm thời gian, chi phí, nguồn nhân lực, tự động hóa đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong

nhiều ngành nghề sản xuắt

Đối với ngành nông nghiệp, tự động hóa càng đóng vai trò quan trọng bởi lẽ đặc thù của ngành đòi hỏi nhiều nhân công, sức lao động, khối lượng sản xuất trên quy mô lớn Chính vì vậy, tự động hóa trong ngành nông nghiệp cũng được chú trọng phát triển nhằm tối ưu hóa và khai thác các lợi ích mà công nghệ này mang lại Tuy nhiên tại Việt Nam, các quy trình nông nghiệp còn thủ công, chủ yếu sử dụng sức lao động của nông dân nên chỉ phí nhân công còn cao và chất lượng sán pham đầu ra chưa được đám báo Đề có thể nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm, đồng thời giám thiểu chỉ phí, các doanh nghiệp trong ngành cần có sự tìm hiểu và ứng đụng công nghệ một cách hợp

ly doi voi nhu cau va nang lye sản xuất

1.4 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Đầu những năm 80, Liên Xô(cũ) đã chế tạo ta 1 loại máy tự động ứng dụng cho nông nghiệp

Nó có thê xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng , nhờ 1 loại máy làm mưa nhân tạo khác

Bộ điều khiến tưới cây tự động Israel đễ đàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống 1 nguồn nước đầu vào và dẫn các đâu tưới

đến các vị trí cần tưới là hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tuoi tự động theo công nghệ tưới tiến tiến

Có 2 loại điều khiến: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ

Điều khiến theo giờ tưới:Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng hồ yêu cầu

Điều khiến theo chu kì tưới:Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời gian

*Bộ điều khiến thời gian và van điện từ

- Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ hoạt động, thời

gian hoạt động, thời gian đừng hay chuyến đổi các vị trí tưới.Bộ cảm biến mưa sẽ tự động ngừng

tưới khi có mưa hay độ âm cao

- Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu tưới, để các

đầu tưới hoạt động

*Hoạt động của hệ thống tưới : Hệ thống được giờ tưới, đến giờ hoạt động thì bộ điều khiển

sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ tự động mở ra và cung cấp nước cho đầu phun Thời gian tưới được cài đặt sẵn theo ý muốn của ng sử đụng

CHUONG 2 CAC PHAN TỬ CÁC MACH DIEU KHIEN HE

THONG TUOI CAY THEO DO AM

Thiết kế mạch điều khiển có chức năng thực hiện điều khiển đóng ngất thiết bị điện tự động thông qua các cảm biến DHTII1 (cảm biến nhiệt độ và độ am)

Hé thống được thiết kế gồm 5 khối:

Khối thu gồm biến nhiệt độ và độ âm DHT1I1

Khối xử lý trung tắm sử dụng PIC 16F877A

Khối hiện thị sử dụng LCD

Khối điều khiển thiết bị sử dụng Relay 5VDC để đóng/cắt thiết bị

Khối thời gian thực (hẹn giờ)

Sơ đồ khối của mạch

Khối thu sử dụng cảm biến

Khối điều

khiến thiết

bị

Khối xử lý

trung tâm

—— Khối hiện

th

Hình 2.1 Sơ đề khối của mạch

Chức năng của từng khối:

Khối xử lý trung tâm : Vĩ điều khiển PIC 16F877A điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch là

nhận đữ liệu giải mã tín hiệu nhiệt độ và độ âm.Đưa hiến thị lên các LCD sau đó đưa ra ra tín hiện điều khiến bật/tắt (hẹn giờ bật/tắt) thiết bị điện.

Khối hiển thị: Là các LCD 2 dòng 16 kí tự hiến thị nhiệt độ và độ âm môi trường, thời gian

Khối nguồn nuôi: Là khối cơ bản nhất có cung cấp dòng nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch Nó tạo ra điện áp ốn định thỏa mãn các chỉ số về điện áp và dòng.(Dùng sạc pin điện thoại 5V)

Khối bật tắt thiết bị điện Là khối sử dụng Relay 5 VDC đề đóng/ngắt mạch hoạt động của các thiết bị điện khối này nhan tin higu VDK PIC 16F8877A

2.1.Vi diéu khién PIC 16F877A

2.1.1.Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

4)-Pin PDIP

- 4|

4 a

3 8

‘ wpe

5 a

, »

¡ô 4 #

a koa

a § 2 a8

"8 0

® "®\

n FOR

N4T1W'12% [1i a

WN ORF ef] 8 5

toe fh w

x — ¬

IWPSEC +—« [Í 2

Rou =H] a

3 |Z0-t ae

thach anh tele pasate: terrae ee! ponte

GND Tar nguen

Hình 2.3.Sơ đồ nguyên ly

2.2 Cảm biến DHT11

-DHTII là cảm biến nhiệt độ và độ âm Nó ra đời sau và được sử dụng thay thế cho dòng

SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ âm

Hình 2.4 Cam bién DHT11 -DHT11 có câu tạo 4 chân như hình Nó sử dụng giao tiếp theo chuẩn 1 dây

4Pin

GND

Hình 2.5 Sơ đồ kết nỗi với VĐK Nguyên lý hoạt động: Đề có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước

-Bước 1: Gửi tín hiệu Start

+ MCU thiết lập chân DATA là OUTPUT, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >l8ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn Go gia trị nhiệt độ và độ ẩm

+MCU dua chan DATA lén 1, sau đó thiết lap lai la chan dau vào

+ Sau khoang 20-40us, DHT11 sé kéo chan DATA xuông thâp>40us mà chân DATA không duoc kéo xudng thap nghia la khong giao tiép duge voi DHT11

+ Chan DATA sẽ ở mức thấp 80us sau: đó nó được DHT11 kéo lên cao trong 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 ko Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT

Bước 2 : đọc giá trị trên DHT11

+ DHT 11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte

+ Đọc dữ liệu:

Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bít hoặc 1 về MCU, tương ứng thành 5 byte kết quá của Nhiệt độ và độ am

Sử dụng màng hình tỉnh thể lỏng LCD loại 2 dong, 16 ki tr LCD1602

A?

VAN VCC-›

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện

LCD1602 được ghép nối với vi điều khiển thông qua PortD (RD0 đến RD7 Không sử dụng RD3) RD0 nối với chân E, RDI1 nối với chân RS, RD2 nối với chân R/W là chân đọc ghi dữ

liệu và chân RD4 đến RD7 là chân dữ liệu vào

Trong đó:

- V§S là chân nối đất

- VEE chan chon đỘ tương phản, chân này được chọn qua 1 biến trở 5K một đầu nối VCC, một đầu nối mát

- Chân VDD nối dương nguồn

- Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): cd hai thanh ghi trong LCD

+ Nếu RS=0 ở chế độ ghi lệnh như xóa màn hình bật tắt con trỏ

+ Nếu RS =1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị kí tự, chữ số lên màn hình

- Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W =0 hoặc đọc thông tin LCD khi R/W = 1

- Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt dữ

liệu của nó Khi dữ liệu được đến chân dữ liệu thì cần có 1 xung tỪ mỨc cao

xuống mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ liệu , xung này phải có độ rộng tối

thiểu 450ns

- Chân D0 - D7: Đây là 8 chân dữ liệu § bít, được dùng để gửi thông tin lên

LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD

2.4.Rơle đóng ngắt thiết bị

Coil pin

Common

pin

View from bottom

Hình 2.7.Relay 5V và sơ đồ các chân

Khối điều khiển thiết bị điện sử dụng Relay để đóng/ ngắt mạch điện khối công suất này nhận lệnh điều khiển từ VĐK PIC 16F8§77A ( Sử dụng điện áp thấp đống mở điện áp cao )

2.5 Tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rỘng rãi trong các mạch điện tử,

chúng được sử dụng trong các mạch lỌc nguỒn, lỌc nhiễu mạch truyền tín hiệu, mạch tạo dao

động vv Có tác dụng nạp xả điện, ổn định điện áp đầu ra

2.6 Diot

ee

= mã i =

anode cathode

Hinh 2.8.Diot

Là các linh kién dién tr thy déng , cho phép dòng điện đi qua nó theo I chiều mà không theo

chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của chất bán dẫn