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

Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN &? Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 1 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN &? Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 2 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân LỜI MỞ ĐẦU Nước ta đang trong thời kì hội nhập_WTO, đang đẩy mạnh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Mặc khác để gia tăng sự cạnh tranh về số lượng cũng như chất lượng nông sản với các nước trong khu vực và trên thế giới nhất thiết phải xây dựng một hệ thống tự động hóa, hiện đại hóa trong nông nghiệp. Tuy có tiềm năng tài nguyên về nông nghiệp dồi dào nhưng nền sản xuất còn lạc hậu nên hiệu quả sản xuất không cao gây lãng phí tài nguyên, ô nhiễm môi trường. Năm được tầm quan trọng của vấn đề này nhóm chúng em tiến hành nghiên cứu và thiết kế một hệ thống tưới nước tự động, với mong muốn phần nào giải quyết được yêu cầu trên và lấy đó làm đề tài đồ án môn học cho mình. 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 Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 3 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân MỤC LỤC Lời mở đầu Nhận xét của giáo viên phản biện 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 Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 4 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: 1. Giới thiệu đề tài: Lâu nay bà con nông dân vẫn dùng nhiều phương pháp tưới nước như dùng gàu vẫy tát nước cho cây hoặ tưới cây bằng xăng dầu, motor điện với ống chuyển nước…dần dần cách này không phát huy hiệu quả vì còn mang tính thủ công, tốn nhiều 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 hoạt động mạch. 2. Hạn chế đề tài : Đề tài này được ứng dụng khá rộng rãi nhưng trong phạm vi cho phép chúng 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. Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 5 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân 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 bản này rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ FLASH có thể được xoá trong 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 được xoá bằng thiết bị lập trình PROM. Để tiện cho việc sử dụng, hiện nay hãng Atmel đang nghiên cứu một phiên bản của AT89C51 cò thể lập trình qua cổng COM của máy 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 − 2 bộ định thời 16 bit − Ngắt :6 − Nguồn cấp :Vcc =5V − 3 vị trí khoá bộ nhớ chương trình. − Mạch giao tiếp nối tiếp. − Hoạt động tĩnh: từ 0 Hz đến 24 MHz − Chạy không nguồn thấp và chế độ giảm nguồn. − Số chân IC :40 b. Sơ đồ khối của chip AT89C51 Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 6 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân c. Sơ đồ chân và chức năng các chân của vi điều khiển AT89C51 chức năng:  Vcc:nguồn cấp (chân số 40)  GND: Nối đất (chân số 20 )  Port 0: − Port 0 (P0.0 – P0.7) có số chân từ 32- 39 Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 7 U 1 A T 8 9 C 5 1 9 1 8 1 9 2 0 2 9 3 0 3 1 4 01 2 3 4 5 6 7 8 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 3 2 R S T X T A L 2 X T A L 1 G N D P S E N A L E / P R O G E A / V P P V C CP 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7 P 2 . 0 / A 8 P 2 . 1 / A 9 P 2 . 2 / A 1 0 P 2 . 3 / A 1 1 P 2 . 4 / A 1 2 P 2 . 5 / A 1 3 P 2 . 6 / A 1 4 P 2 . 7 / A 1 5 P 3 . 0 / R X D P 3 . 1 / T X D P 3 . 2 / I N T 0 P 3 . 3 / I N T 1 P 3 . 4 / T 0 P 3 . 5 / T 1 P 3 . 6 / W R P 3 . 7 / R D P 0 . 0 / A D 0 P 0 . 1 / A D 1 P 0 . 2 / A D 2 P 0 . 3 / A D 3 P 0 . 4 / A D 4 P 0 . 5 / A D 5 P 0 . 6 / A D 6 P 0 . 7 / A D 7 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân − Port 0 là port xuất nhập 8bit 2 chiều. Port 0 được định hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình.  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 các logic 1 được đặt lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi thực hiện là các port nhập, các chân của port 1 được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng cho các điện trở kéo lên bên 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. Khi các logic 1 được đặt lên các chân của port 2, các chân này được sử dụng như là các ngõ vào. Khi thực hiện chức năng port nhập, các chân port 2 được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong thời 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. Khi các logic 1 được đặt lên các chân của port 3 các chân này được đưa lê mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm chức năng port nhập, các chân port 3 được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 3 còn được sử dụnglàm các chức năng khác của AT89C51. Chức năng của các chân được mô tả qua bảng sau : Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 INTO\ B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1\ B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1 P3.6 WR\ B6H Điều khiển ghi vào RAM ngoài P3.7 RD\ B7H Điều khiển đọc từ RAM ngoài 8 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân  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. Mạch Reset tự động khi khởi động máy 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 địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình ( PROG ) trong thời gian lập trình cho Flash. Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần số của mạchdao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài 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 ngoài. Khi cần hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) có địa chỉ byte là 8EH. Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực hiện lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngược lại chân này sẽ được đưa lên mức cao. Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng nếu bộ điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài.  Chân PSEN (Program Store Enable):cho phép đọc bộ nhớ chương trình, chân số 29 Đồ án môn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 9 Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Ngun Bảo Trân 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 của PSEN được bỏ qua trong mỗi bộ nhớ dữ liệu ngồi.  Chân EA / 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 chương trình 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 trong lúc Reset. EA nối V cc 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 xung Clock 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 dao động như hình vẽ sau với các giá trị của linh kiện: C1= C2=3pF Thạch anh dao động có tần số 12MHz 1.2 Cảm biến nhiệt LM 35 LM35 là họ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đầu ra tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Họ cảm biến này khơng u cầu cân chỉnh ngồi vì vốn nó đã được cân chỉnh, có thể hoạt động đến 150 0 C tương ứng với nhiệt độ 0 0 K , LM35 cho ra điện áp 0V . Cứ tăng 10 0 C ,điện áp ra tăng 10mV. Như vậy với 0 0 C thì điện áp là 2.73V. Ý nghĩa các chân (TO92): Chân 1:V + Chân 2:Vout Chân 3:GND Đồ án mơn học 2 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc 10 Cách mắc của mạch dao động [...]... 2K 2 R6 2K2 R7 2K 2 R1 2K 2 R2 2K2 8 7 6 5 4 3 2 1 LED 1 J1 Q3 A 10 15 VCC CON8 Q8 A1 01 5 Q4 A1 01 5 Q5 A1 01 5 Q6 A1 01 5 Q1 A 10 15 Q7 A 10 15 Q2 A1 01 5 1 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 D IR B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 18 17 16 15 14 13 12 11 10 19 CON8 VC C 2 3 4 5 6 7 8 9 VCC 8 7 6 5 4 3 2 1 GND G J2 20 VC C U9 R9 R 31 30 0 R 31 31 0 R 31 32 0 R 31 33 0 R 31 34 0 R 31 35 0 R 31 36 0 3 30 P 2 0 P 2 .1 P 2.2 P 2.3 P 2.4... P 1 4 P 1 5 P 1 6 P 1 7 P 3 0 P 3 1 P 3.2 P 3.3 J 12 C O N 8 2 1 10k C3 P 2.6 P 2.7 1 2 3 4 5 6 7 8 Y 1 5V P 1. 0 P 1. 1 P 1. 2 P 1. 3 P 1. 4 P 1. 5 P 1. 6 P 1. 7 CON2 R4 P 1. 0 P 1. 1 P 1. 2 P 1. 3 P 1. 4 P 1. 5 P 1. 6 P 1. 7 J 10 U4 71 VS+ VOUT 2LM 35/S O 39 38 37 36 35 34 33 32 19 30 18 XTA L1 A LE /P R O G 29 XTA L2 P S E N C 1 33P A D C 08 04 15 0p 12 M H z P 2 .0/ A 8 P 2 .1/ A 9 P 2 2 /A 10 P 2 3 /A 11 P 2 4 /A 12 ... môn học 2 18 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân ACALL DELAY MOV P0,#0FFH RET LED3: MOV P0 , #11 1 01 1 11B SETB P0 .0 SETB P0.7 MOV A,36H MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ACALL DELAY MOV P0,#0FFH RET LED4: MOV P0 , #11 01 1 111 B SETB P0 .0 SETB P0.7 MOV A,37H MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ACALL DELAY MOV P0,#0FFH RET LED5: MOV P0 , # 10 111 111 B SETB P0 .0 SETB P0.7 MOV A,38H... 2 5 /A 13 P 2 6 /A 14 P 2 7 /A 15 P 1. 0 P 1. 1 P 1. 2 P 1. 3 P 1. 4 P 1. 5 P 1. 6 P 1. 7 P 3 .0/ R XD P 3 .1/ TXD P 3.2/IN T0 P 3.3/IN T1 P 3.4/T0 P 3.5/T1 P 3 6 /W R P 3.7/R D 31 9 E A /V P P RST GND 5V P 0. 0/ A D 0 P 0 .1/ A D 1 P 0. 2/ A D 2 P 0. 3/ A D 3 P 0. 4/ A D 4 P 0. 5/ A D 5 P 0. 6/ A D 6 P 0. 7/ A D 7 VCC U2 P 0. 0 P 0 .1 P 0. 2 P 0. 3 P 0. 4 P 0. 5 P 0. 6 P 0. 7 C 2 33P 20 A T89C 51 R7 R 5V 5V P 2 .0 P 2 .1 P 2.2... Phúc Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân 5 Sơ đồ mạch in Đồ án môn học 2 24 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân 6 Sơ đồ nguyên lý VC C VC C R 16 10 0 SW 6 VC C C 12 VC C R 18 10 K R 19 10 K R 20 10 K 10 u R ST R ST R 23 8K2 0 SW 7 1 SW 8 C 13 10 4 C 14 10 4 C H O N LED S TA R T J1 R ST 0 1 2 1 2 3 2 SW 9 C 15 10 4 TAN G J2 5V 1 2... P0,#0FFH RET LED6: MOV P0 ,# 01 1 111 11B SETB P0 .0 MOV A,39H MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A ACALL DELAY MOV P0,#0FFH RET TAT_LED1: Đồ án môn học 2 19 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân MOV P2,#0C0H MOV P0, #00 H ACALL DELAY MOV P0,#0FFH ACALL DELAY MOV P2,#0C0H MOV P0, #00 H ACALL DELAY MOV P0,#0FFH RET NN1: DJNZ R1,TAT_LED1 ACALL LED1 ACALL LED2 MOV R1, # 10 ... BIT P3 .0 READ BIT P3 .1 WRITE BIT P3.2 INTR BIT P3.3 ORG 00 00H LJMP MAIN ORG 00 0BH LJMP T0_ISR ORG 00 30H MAIN: CLR CS CLR READ MOV IE,#82H MOV GIAY, #00 H MOV PHUT, #00 H MOV GIO, #00 H MOV PTRAM_GIAY, #00 H CLR P3.7 MOV R1, # 10 MOV TMOD, #01 H SETB TF0 SETB TR0 CT_CHINH: ACALL NHIETDO ACALL DISPLAY ACALL CHINH_GIAY ACALL SOSANH ACALL SOSANH1 LJMP CT_CHINH T0_ISR: MOV TH0,#HIGH( - 10 00 0) MOV TL0,#LOW( - 10 00 0) INC... 2.5 P 2.6 P 2.7 21 22 23 24 25 26 27 28 P 2 .0 P 2 .1 P 2.2 P 2.3 P 2.4 P 2.5 P 2.6 P 2.7 P 3 .0 P 3 .1 P 3.2 P 3.3 P 3.4 P 3.5 P 3.6 P 3.7 10 11 12 13 14 15 16 17 P 3 .0 P 3 .1 P 3.2 P 3.3 P 2 .0 P 2 .1 P 2.2 P 2.3 P 2 4 P 2 5 D2 J 17 1 2 3 4 P 2 0 P 2 1 P 2 2 P 2.3 LS 1 400 7 R8 3 4 70 Q1 NPN BC E 1 2 5 4 1 2 10 u RST 220V A C J 18 R E LA Y S P D T C4 1 2 R6 8K 2 21 LE D D 3 R5 10 0 SW 1 CON2 J 16 M O TO R Đồ... 2.7 J3 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC VCC J4 J5 1 2 3 1 2 3 CON3 CON3 CON8 74LS245 Đồ án môn học 2 27 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc Hệ thống tưới nước tự động J6 VCC GVHD: Thâỳ Trần Nguyên Bảo Trân 1 2 3 J7 5V J8 5V 1 2 3 1 2 3 CON3 J9 5V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 CON3 CON3 J1 CON3 VCC VCC 5V P 0. 0 P 0 .1 P 0. 2 P 0. 3 P 0. 4 P 0. 5 P 0. 6 P 0. 7 P 0. 0 P 0 .1 P 0. 2 P 0. 3 P 0. 4 P 0. 5 P 0. 6 P 0. 7 J4 1 2... Trân U 1 L M 7 8 0 5 /TO V IN VO U T 2 5V 3 1 G N D Hệ thống tưới nước tự động J1 1 2 3 ~ D 1 C 1 100 0uF 10 0V_3A C 5 10 4 C 3 470uF C 6 10 4 C 4 470uF + - C O N 3 ~ 3 V IN G N D 1 C 2 10 00 uF VO U T 2 U 2 L M 7 9 0 5 /TO 3 Đồ án môn học 2 26 SVTH: Lê Kim Phúc Bùi Thị Mỹ Phúc -5 V LED 7D 8 GND 3 GND 8 GND GND 8 LED 7D LE D 7D LED 7D P 2 7 P 2 6 P 2 5 P 2 4 P 2 3 P 2 2 P 2 1 P 2 0 1 4 3 2 5 P 2 0 P 2 1 P 2