Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Theo Độ Ẩm

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian thực đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế chế tạo hệ thống tưới tự động, chúng em cố gắng vận dụng kiến thức học trường, thực tế Cùng với giúp đỡ cô Nguyễn Phương Thảo hoàn thành yêu cầu đề tài Đó nghiên cứu, thiết kế thực thi chế tạo mạch điều khiển hệ thống tưới tự động đạt độ xác hoạt động tốt Chúng Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Phương Thảo tận tình bảo giúp đỡ em hoàn thành đồ án Do kiến thức hạn chế trình thực đồ án chúng em không tránh khỏi sai xót kính mong quý thầy cô hội đồng bảo vệ dẫn, bỏ qua giúp đỡ Chúng em mong đóng góp thầy cô bạn để nội dung đề tài ngày hoàn thiện Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.Bộ hẹn van điều khiển 12 Hình Sơ đồ khối mạch .15 Hình 2.Sơ đồ chân PIC 16F877A 19 Hình Sơ đồ nguyên lý cổng PIC 16F877A 19 Hình 4.Cảm biến độ ẩm đất .26 Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD1602 mạch điện 28 Hình Relay 5V sơ đồ chân 29 Hình Sơ đồ chân DS1307 .30 Hình Sơ đồ kết nối DS1307với VĐK 31 Hình 2.9 Cấu tạo Transistor 31 Hình Giao diện phần mềm lập trình 38 Hình PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM 39 Hình 3 Giao diện phần mềm nạp pickit2 40 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Nền nông nghiệp nước ta nông nghiệp lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan không đảm bảo yêu cầu Có thể nói nông học kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, đểđảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học trồng không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt suất, hiệu cao Ngoài tuyến phố khu vực trung tâm thành phố bắt gặp hình ảnh xe bồn chở nước tưới dọc đường gây ùn tắc, an toàn giao thông Mặt khác nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tựđộng đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, dây tưới nhỏ giọt ) có thông số khác phục vụ cho loại khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng Việc tính toán để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng nhu cầu tưới theo nông học trồng phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới Hệ thống tưới phun đáp ứng độẩm gốc, độẩm không khí cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử điều kiện cho trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, thoái hóa đất, không gây ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tựđộng giúp cho người tưới cây, tốn chi phí nhân công tưới nước giám sát thời gian tưới Với hệ thống này, việc tưới tựđộng tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độẩm cao hay thấp, mùa năm… Tất điều kiện sẽđược đưa vào hệ thống tính toán đưa thời gian xác để bơm nước Người lao động không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, sẽđược sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Lý chọn đề tài Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) hệ thống thiết bị tưới tốt đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân công Vốn phổ biến từ nhiều nước giới Tuy nhiên Việt Nam vài ba năm trở lại việc vận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn với trình đại hóa nông nghiệp nông thôn người dân mạnh dạn đưa vào xử dụng chi phí đầu tư cao Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người, làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc đòi hỏi xác cao SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả đo đạc điều khiển thông số môi trường :nhiệt độ, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với giai đoạn phát triển trồng Xuất phát từ vấn đề thực tiễn chúng em nghiên cứu tiến hành thiết kế : “hệ thống tưới tự động theo độ ẩm’’ Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống tưới tự động, từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu trồng nước ta có phương án đạt hiệu cao Kết cấu - Tổng quan đề tài - Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch điều khiển - Thiết kế hệ thống tưới tự động - Kết định hướng phát triển Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Các kết nghiên cứu kế thừa SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử - Kế thừa công trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mô - Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn • Định hướng nghiên cứu - Nghiên cứu phần mềm lập trình mô máy tính - Tìm phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu • Kiểm chứng - Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi từ hoàn thiện hệ thống SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống bao gồm phần tử tự động nhằm điều khiển trình xảy thiên nhiên, sống mà tham gia trực tiếp người Hệ thống điều khiển tựđộng: tập hợp thành phần vật lý có mối liên quan tác động qua lại lẫn để huy, tự hiệu chỉnh điều khiển hệ thống khác Hệ thống điều khiển tự động xuất ngày phổ biến - Hệ thống điều hoà không khí - Hệ thống điều chỉnh độẩm - Hệ thống tự động báo cháy v.v Trong môi trường sản xuất: - Các máy tự động - Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động - Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v 1.2.Vai trò tự động hóa trình sản xuất Lịch sử hoàn thiện công cụ, phương tiện sản xuất phát triển sở giới hóa điện khí hóa Khi có đột phá lĩnh vực công nghệ vật liệu điện tử tin học công nghệ tự động có hội phát triển SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó mấu chốt suất, chất lượng, giá thành Trong thực tiễn áp dụng tự động hóa vào sản xuất mang lại hiệu không nhỏ cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao sản xuất đại, thực chuyên môn hóa hoán đổi sản xuất Từ tăng khả cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất Trong tương lai gần tự động hóa đóng vai trò vô quan trọng thiếu, không ứng dụng sản xuất mà ứng dụng phục vụ đời sống người Trong sản xuất thay người công việc bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việc tinh vi đại đời sống người công nghệ ứng dụng phục vụ nhu cầu sống Nó phương tiện thiếu đời sống 1.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng Công trường thực vật địa sản xuất nông nghiệp đại hóa Toàn trình điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản lượng… Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ lâu cho việc tưới tiêu, song phát triển số nước phát triển, nước chậm phát triển nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới chậm Hiện nay, trợ giúp nước nước phát triển đưa dần tự động hóa vào đời sống sản xuất, đặc biệt nước đông nam có Việt Nam SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu công nghệ vi điện tử công nghệ thông tin, cho phép tạo nên giải pháp tự động hóa lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho lĩnh vực cho quốc gia, vùng lãnh thổ 1.4 Các nghiên cứu nước Ở nước có nhiều nghiên cứu ứng dụng hệ thống tưới tự động: Đầu năm 80, Liên Xô ( cũ ) chế tạo loại máy tự động ứng dụng nông nghiệp Khi làm việc loại máy quan sát độ ẩm thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó xác định phương pháp tưới tiến hành tưới cho trồng, nhờ loại máy làm mưa nhân tạo khác Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới tích hợp công nghệ tự động nhất, điện toán đám mây số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước tần suất tưới để tự động tưới nước cho theo lịch trình tự tính toán dựa phân tích liệu đầu vào Droplet vòi phun tự động có khả tự điều chỉnh hướng dòng nước phun từ ống đến thân bán kính 9,14 mét Trước robot tự động vận hành, người dùng cần khai báo tên loại có mặt vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, kết nối không dây với robot Dựa thông tin tên loại cây, Droplet tự tra cứu thông tin mạng nhằm xác định lượng nước tần số tưới cho phù hợp với loại Bên cạnh đó, Droplet tự tra cứu liệu tình hình thời tiết địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa lịch làm việc thích hợp 10 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử đồ chân c ủ a DS1307 Các chân mô tả sau: - X1 X2 đầu vào dao động cho DS1307 Cần dao động thạch anh 32.768Khz - Vbat nguồn nuôi cho chip Nguồn từ 2V-3,5V Đây nguồn cho chip hoạt động liên tục nguồn Vcc mà DS 1307 hoạt động theo thời gian - Vcc nguồn cho giao tiếp I2C Điện áp cung cấp 5V chuẩn dung chung với vi xử lý Nếu mà Vcc mà Vbat có DS1307 hoạt động bình thường mà không ghi đọc liệu - GND nguồn mass chung cho Vcc Vbat - SQW/OUT ngõ phụ tạo xung dao động (xung vuông) Chân không ảnh hưởng đến thời gian thực nên không sử dụng chân thời gian thực bỏ trống chân - SCL SDA bus liệu DS 1307 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển Việc ghép nối với vi điều khiển đơn giản theo datasheet chúng em đưa sơ đồ sau: 29 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 29 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử Hình 2.8 Sơ đồ kết nối DS1307 DS1307 giao tiếp với vi điều khiển với đường truyền SCL SDA nên vi xử lý cần phải xác định chân vi xử lý có SCL SDA để nối với DS1307 2.3.8 Transistor Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N , ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều 30 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 30 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử Hình 2.9.Cấu tạo Transistor Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực , lớp gọilà cực gốc ký hiệu B ( Base ), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độtạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter ) viết tắt E, cực thu hay cực góp ( Collector )viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên không hoán vị chonhau 31 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 31 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử 2.4 Thuật toán điều khiển 2.4.1 Lưu đồ thuật toán đọc độ ẩm START 32 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 32 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử 2.4.2 Lưu đồ thuật toán kiểm tra số ngày START Cài đặt kênh ADC Đọc thời gian Trễ 10µs Đọc thời gian bắt Chọn ADC đầu từ EEPROM Tính toán độ ẩm Tính toán số ngày khoảng thời Returngian độ ẩm Trả số ngày END END 33 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 33 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử 2.4.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển khâu chấp hành START Số ngày >1và58 83 [...]... khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến Có 2 loại điều khiển: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ • Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động. .. hoạt động đúng theo thời gian đồng hồ yêu cầu • Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời gian • - Bộ điều khiển 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 dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới Bộ cảm biến mưa sẽ tự động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm 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 Hình 1 1.Bộ hẹn giờ và van điều khiển * Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định 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 các đầu phun Thời gian tưới được cài đặt sẵn theo ý muốn của người sử dụng 1.5.Các nghiên cứu... có nhiều đề tài về hệ thống tưới nước tự động do sinh viên thực hiện Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng viên trường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài... hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và sẽ tự ngừng trong đúng 5 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu Hệ thống. .. cầu tưới cho cây trồng Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa 1.8 Nghiên cứu nhu cầu nước tưới của cây lạc Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc vào vụ đông : Thời kỳ sinh trưởng Mọc mầm Cây non Ra hoa Qủa đến chín Thời gian 5-7 ngày từ khi gieo hạt 30-50 ngày tiếp theo 20-25 ngày tiếp theo 5-6 ngày tiếp theo 13 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 13 Nhu cầu độ ẩm 70-80... 1.5.Các nghiên cứu trong nước Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tự động vào trong cuộc sống Người dân đã sáng tạo ra các hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sức lao 11 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 11 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử động, hiệu quả mang lại cao hơn so với tưới thủ công Tuy nhiên hệ thống này còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao... khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Hình 2.4 Cảm biến độ ẩm đất • • Ứng dụng + Đọc độ ẩm đất + Hệ thống tưới tiêu tự động 25 SVTT: Ngô Văn Ngọc – Đào Văn Nam Page 25 Trường ĐHSPKT Hưng Yên • • • • • • • • Khoa Điện –Điện tử Thông số kỹ thuật + Điện áp hoạt động: 3.3V-5V + Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm + Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm. .. Hưng Yên Khoa Điện –Điện tử 2.4.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển khâu chấp hành START Số ngày >1và58 và 83 và ... chức điều khiển tự động để nhận nước đưa tưới tự động tưới phun theo vòi phun lắp đặt, tự ngừng phút, cảm biến báo độ ẩm nhiệt độ đạt yêu cầu Hệ thống tưới phun tự động đa sản phẩm khoa học có... qua lại lẫn để huy, tự hiệu chỉnh điều khiển hệ thống khác Hệ thống điều khiển tự động xuất ngày phổ biến - Hệ thống điều hoà không khí - Hệ thống điều chỉnh độ m - Hệ thống tự động báo cháy v.v... tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến Có loại điều khiển: Điều khiển theo tưới điều khiển theo chu kỳ • Điều khiển theo tưới: Hệ thống hoạt động theo thời gian đồng