Nghiên cứu vi điều khiển và thiết kế hệ thống tưới nước tự động 1 0

 Port 1 là một port xuất nhập 8bit có các điện trở kéo lên bên trong.khi cáclogic 1 được đặt lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mứccao bởi các điện trở kéo lên bên trong

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-&? -

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

-&? -

Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế, thực tiễn chưa sâu nên trong quá trình thực hiện tránh khỏi những sai sót rất mong đón nhận những đóng góp ý kiến của quí thầy cô để đề tài của chúng em có kết quả tốt hơn.

Qua đây chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Nguyên Bảo Trân - người đã hướng dẫn cho chúng em hoàn thành đồ án môn học này!

Nhóm thực hiện

MỤC LỤC

Lời mở

đầu -Nhận xét của giáo viên phản

Nhận xét của giáo viên phản

biện -I Mục đích yêu cầu -1

1 Giới thiệu đề tài -1

2 Hạn chế của đề tài -1

3 Phương pháp nghiên cứu -1

II Nội dung -2

1 Lý thuyết cơ bản -2

2 Nguyên lý hoạt động của mạch -9

3 Lưu đồ giải thuật -10

4 Chương trình -11

5 Sơ đồ mạch in -19

6 Sơ đồ nguyên lý -21

III Kết luận -24

I MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:

1 Giới thiệu đề tài:

Lâu nay bà con nông dân vẫn dùng nhiều phương pháp tưới nước như dùnggàu vẫy tát nước cho cây hoặ tưới cây bằng xăng dầu, motor điện với ống chuyểnnước…dần dần cách này không phát huy hiệu quả vì còn mang tính thủ công, tốnnhiều công sức, chi phí cao, chưa đáp ứng nhu cầu của tiến trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn

Phát sinh từ nhu cầu thực tế đó, nhóm chúng em bắt tay vào nghiên cứu đề tài:Máy tưới nước tự động thích hợp để tưới nước cho cây ở vườn nhà hoặc hoa kiểng

ở các công viên…với ưu điểm giảm được nhân công, nhanh, không tốn nhiên liệu,rút ngắn thời gian, tiết kiệm cho người tiêu dùng

Đề tài này bao gồm 2 phần cơ bản:

 Nội dung : Nêu khái quát phần lí thuyết cơ bản liên quan

 Thi công: Sơ đồ nguyên lý, quá trình thi công mạch, nguyên lý hoạtđộng mạch

2 Hạn chế đề tài :

Đề tài này được ứng dụng khá rộng rãi nhưng trong phạm vi cho phépchúng em chỉ có thể thực hiện hệ thống tưới nước tự động ở mức độ đơn giản,phần vì thời gian nghiên cứu không nhiều cũng như kinh phí đầu tư cho đề tài

3 Phương pháp nghiên cứu:

 Sự hướng dẫn của giáo viên

 Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài

 Ứng dụng về các kiến thức vi xử lí và điện tử số đã được học

II NỘI DUNG:

1 Lí thuyết cơ bản:

1.1 Vi điều khiển AT89C51

AT89C51 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash Phiên bảnnày rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ FLASH có thể được xoátrong vài giây Tất nhiên là để dùng AT89C51 cần phải có thiết bị lập trình PROM

hổ trợ bộ nhớ Flash nhưng không cần đến thiết bị xoá ROM vì bộ nhớ Flash đượcxoá bằng thiết bị lập trình PROM Để tiện cho việc sử dụng, hiện nay hãng Atmelđang nghiên cứu một phiên bản của AT89C51 cò thể lập trình qua cổng COM củamáy tính PC và như vậy sẽ không cần đến thiết bị lập trình PROM

a Một số nét đặc trưng:

 Tương thích với sản phẩm MCS-51

 Bộ nhớ chương trình bên trong: 4KB (ROM)

 Bộ nhớ dữ liệu bên trong: 128 KB (RAM)

 Port xuất nhập (I/O port) :32

b Sơ đồ khối của chip AT89C51

c Sơ đồ chân và chức năng các chân của vi điều khiển AT89C51

 Port 1 :

 Port 1 (P1.0 – P1.7) có số chân từ 1 – 8

 Port 1 là một port xuất nhập 8bit có các điện trở kéo lên bên trong.khi cáclogic 1 được đặt lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mứccao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là cácngõ vào Khi thực hiện là các port nhập, các chân của port 1 được kéoxuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng cho các điện trở kéo lênbên trong

 Port 2 :

 Port 2 (P2.0 – P2.7) có số chân từ 21 -28

 Port 2 là port xuất nhập 8bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khicác logic 1 được đặt lên các chân của port 2, các chân này được sử dụngnhư là các ngõ vào Khi thực hiện chức năng port nhập, các chân port 2được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có cácđiện trở kéo lên bên trong Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong thời

2 3 4 5 6 7 8

gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớchương trình ngoài và trong thời gian truy xuất

bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit

 Port 3 :

 Port 3 (P3.0 - P3.7) có số chân từ 10 – 17

 Port 3 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khicác logic 1 được đặt lên các chân của port 3 các chân này được đưa lê mứccao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là cácngõ vào Khi làm chức năng port nhập, các chân port 3 được kéo xuốngmức thấp do tác động bên ngoài cấp dòng do có các điện trở kéo lên bêntrong Port 3 còn được sử dụnglàm các chức năng khác của AT89C51

Chức năng của các chân được mô tả qua bảng sau :

 RST : Thiết lập lại ( chân 9) Mức cao trên chân này trong 2 chu kì máy

trong khi bộ dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89C51

Ở đây chúng ta thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 8951 với nguồn 5V

 Chân ALE (Address Latch Enable) /PROG : chân số 3

Là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ, cho phép chốt byte thấp của địachỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài Chân này cũng được dùng làm ngõ vàoxung lập trình (PROG) trong thời gian lập trình cho Flash

Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng

P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếpP3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luơn luơn cĩ tần số bằng1/6 tần số của mạchdao động trên chip, cĩ thể được sử dụng cho các mục đíchđịnh thời từ bên ngồi và tạo xung Clock Tuy nhiên cần lưu ý là một xung ALE

sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì truy xuất của bộ nhớ dữ liệu ngồi Khi cần hoạtđộng cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vơ hiệu hố bằng cách set bit 0của thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) cĩ địa chỉ byte là 8EH Khi bit này đượcset, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực hiện lệnh MOVX hoặc MOVC Ngượclại chân này sẽ được đưa lên mức cao Việc set bit khơng cho phép hoạt động chốtbyte thấp của địa chỉ sẽ khơng cĩ tác dụng nếu bộ điều khiển đang ở chế độ thựcthi chương trình ngồi

 Chân PSEN (Program Store Enable):cho phép đọc bộ nhớ chương trình,chân số 29

Khi 8951 thực thi mã từ bộ nhớ chương trình ngồi, PSEN được hoạt động

2 lần trong mỗi chu kỳ máy ngoại trừ hoạt củaPSEN được bỏ qua trong mỗi bộnhớ dữ liệu ngồi

 ChânEA/ V pp (External Access): truy xuất ngồi , chân số 31

EA phải đươc nối với GND cho phép xuất mã từ vị trí bộ nhớ chươngtrình ngồi bắt đầu tại 0000H đến FFFFH

Chú ý:cho dù thế nào, nếu khố bit 1 được lập trình, EA sẽ được chốt bên tronglúc Reset

EA nối Vcc để thực hiện chương trình bên trong

Chân này nhận điện áp cho phép lập trình là 12V (Vpp) trong khi lập trình Flash

 Chân XTAL 1 (Crysral), hân 18)

Ngõ vào mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào mạch tạo xungClock bên trong chip

 Chân XTAL 2(chân 19)

Ngõ ra mạch khuếch đại đảo của mạch dao động

Để tạo dao động cho vi điều khiển AT89C51 hoạt động, chúng em chọn mạch daođộng như hình vẽ sau với các giá trị của linh kiện: C1= C2=3pF

Thạch anh dao động cĩ tần số 12MHz

LM35 là họ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp chính xác cao cĩ điện áp đầu ra

tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Họ cảm biến này khơng yêu cầucân chỉnh ngồi vì vốn nĩ đã được cân chỉnh, có thể hoạt động đến 1500C tương

Cách mắc của mạch dao động

ứng với nhiệt độ 00 K , LM35 cho ra điện áp 0V Cứ tăng 100 C ,điện áp ratăng 10mV Như vậy với 00 C thì điện áp là 2.73V.

Ý nghĩa các chân (TO92):

Chân 1:V+

Chân 2:Vout

Chân 3:GND

Một số tính chất cơ bản của LM35:

- LM35 cĩ độbiến thiên theo nhiệtđộ: 10mV / 1oC

- Độ chính xáccao, tính năng cảm

biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25oC nĩ cĩ sai số khơng quá 1% Với tầm đo

từ 0oC – 128oC, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tínhiệu ngõ vào

- Thơng số kỹ thuật:

 Tiêu tán cơng suất thấp

 Dịng làm việc từ 400A – 5mA

Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0oC – 100oC ta cĩ sự biến thiên điện áp ngõ ra là:

Ở 0oC thì điện áp ngõ ra Vout = 2,73 (V).

Ở 5oC thì điện áp ngõ ra Vout = 2,78 (V)

………

Ở 100oC thì điện áp ngõ ra Vout = 3,73 (V)

Tầm biến thiên điện áp tương ứng với nhiệt độ từ 0oC - 100oC là 1V

1 3 Bộ chuyển đổi ADC 0804

ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC0800, chip này cónguồn nuôi +5V và độ phân giải 8bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổicũng là tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC Thời gian chuyển đổi được địnhnghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một sốnhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồđược cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110 s

Các chân có chức năng như sau:

 CS (chip select) – chọn chip

Đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng đẻ kích hoạt ADC0804

 RD (Read) – đọc

Đây là tín hiệu vào, tích cực mức thấp Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương

tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong RD được sử dụng để có dữliệu đã được chuyển đổi tới đầu ra của ADC0804 Khi CS =0 nếu có 1 xung caoxuống thấp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệuD0 –D7 Chân RD còn được xem là cho phép đầu ra

 WR (Write) – Ghi

Là chân tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu chuyểnđổi Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu tiếnhành chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8bit Lượng thời giancần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN vàCLK R Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR ở mức thấp

Là các chân ra dữ liệu (D7 là bit cao nhất MSB, D0 là bit thấp nhất LSB)

Các chân này được đệm 3 trạng thái và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truycập khi chân CS =0 và RD mức thấp

 Chân đất tương tự và chân đất số A GND, D GND

Là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tương tự

1.4 Bộ đệm không đảo 74LS245

Là thiết bị cho phép chuyển giao dữ liệu từ bus A đến bus B hoặc bus Bđến bus A phụ thuộc vào mức logic ngõ vào điều khiển trực tiếp (DIR), ngõ vàocho phép (G) dùng để không cho phép thiết bị hoạt động để cách li các đườngbus hiệu quả

Đặc điểm:

 Có 20 chân

 3 trạng thái nõ ra điều khiển trực tiếp đường bus

 Ngõ vào PNP giảm tải DC trên đường bus

 Hiện tượng trễ ở bus ngõ vào nhằm cải thiện mép nhiễu

 Loại truyền thời gian delay port đến port 8ns

 Loại thời gian cho phép/ không cho phép 17 ns

 IOL =24 mA

 IOH = -15 mA

3 Lưu đồ giải thuật

6 Sơ đồ nguyên lý

J 1

C O N 3

1 2 3

S W 8

C H O N L E D

V C C

5 V

+ -

V C C

P 1.6

D 2 LED

J18

M O TO R

1 2

J3

C O N 8

1 2 3 4 5 6 7 8

P 2.0

R 1 10k

29 30 31

1 2 3 4 5 6 7 8

21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17

39 38 37 36 35 34 33 32

R S T

XTA L2 XTA L1

P 0.1

P 1.7

D 3 4007

J9

C O N 3

1 2 3

P 1.6

R 4 10k

U 4

A D C 0804

6 7

8

9

10

11 12 13 14 15 16 17 18

+IN -IN

S W 1

R S T

+

R 3 R

LS1

R E LA Y S P D T

4 1 2

J6

C O N 3

1 2 3

P 0.6

P 1.0

P 3.0

R 6 8K2

III KẾT LUẬN

Trên đây là ý tưởng thiết kế của chúng em, phần nào là giải phápthiết thực để giúp bà con nông dân thoát khỏi phương pháp thủ công và gópmột phần nhỏ nào trong công cuộc đổi mới trong nông nghiệp Từ nhữngnền tảng sẵn có chúng ta có thể nghĩ ra những ý tưởng khác nữa, tùy vàomục đích sử dụng mà tìm những thiết bị phù hợp cho ý tưởng của mình.Mong rằng rồi đây sẽ còn có nhiều sản phẩm điện tử mới được ra đời đápứng được nhu cầu của con người và tiến dần đến tự động hóa trong tất cảcác lĩnh vực