Hệ Thống Tưới Cây Tự Động

Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động Hệ Thống Tưới Cây Tự Động

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa quý thầy cô!

Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn cácthầy, các cô giáo trong trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã nhiệt tình giảng dạy

và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện- Điện tử , đặcbiệt là ThS Nguyễn Phương Lâm – người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoànthành đồ án tốt nghiệp này

Cuối cùng, em xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, gia đình đã động viện và giúp

đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được công việc của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên NGUYỄN QUANG HÒA

LỜI CAM ĐOAN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em có tham khảo một số tài liệuliên quan đến hệ thông tưới cây tự động

Em xin cam đoan đề tài này là do chính em thực hiện, các số liệu thu thập vàkết quả phân tích trong đề tài là trung thực, đề tài không trùng với bất kỳ đề tàinghiên cứu khoa học nào Những thông tin tham khảo trong khóa luận đều đượctrích dẫn cụ thể nguồn sử dụng

Ngày 20 tháng 11 năm 2015

Sinh viên Nguyễn Quang Hòa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Lý do chọn đề tài 2

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Kết cấu đồ án 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 5

1.1.Khái niệm hệ thống tự động 5

1.2.Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động 5

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng 6

1.4.Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường 6

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 8

2.1 Vi điều khiển AT89C55 8

2.1.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C55 8

2.1.2 Cấu trúc của vi điều khiển AT89C55 8

2.1.3 Các bộ timer của AT89C55 10

2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89C55 11

2.2 Đồng hồ thời gian thực DS1307 11

2.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 13

2.4 Màn hình LCD 17

2.5 Rơ le (relay) 18

2.6 Tụ điện 18

2.7 Cuộn cảm 20

2.8 Điện trở 21

2.9 Điot 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 23

3.1 Xây dựng bài toán 24

3.2 Thiết kế mạch điều khiển 25

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây 25

3.2.2 Các khối trong mạch 27

3.3.2 Mạch in thực tế sau khi thiết kế 29

3.3.3 Thiết kế phần mềm 31

3.3.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 32

3.3.4 Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus 35

3.3.5 Mạch thực tế sau khi chạy thử 35

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC 38

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

MCU Microcontroller Unit Bộ vi điều khiển

AC Alternating Current Dòng điên xoay chiều

DANH MỤC CÁC HÌNH

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Lý do chọn đề tài 2

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Kết cấu đồ án 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 5

1.1.Khái niệm hệ thống tự động 5

1.2.Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động 5

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng 6

1.4.Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường 6

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 8

2.1 Vi điều khiển AT89C55 8

2.1.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C55 8

2.1.2 Cấu trúc của vi điều khiển AT89C55 8

2.1.3 Các bộ timer của AT89C55 10

2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89C55 11

2.2 Đồng hồ thời gian thực DS1307 11

2.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 13

2.4 Màn hình LCD 17

2.5 Rơ le (relay) 18

2.6 Tụ điện 18

2.7 Cuộn cảm 20

2.8 Điện trở 21

2.9 Điot 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 23

3.1 Xây dựng bài toán 24

3.2 Thiết kế mạch điều khiển 25

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây 25

3.2.2 Các khối trong mạch 27

3.3.2 Mạch in thực tế sau khi thiết kế 29

3.3.3 Thiết kế phần mềm 31

3.3.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 32

3.3.4 Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus 35

3.3.5 Mạch thực tế sau khi chạy thử 35

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC 38

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nền nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn còn là nền nông nghiệp lạchậu, ứng dụng khoa học kĩ thuật chưa được áp dụng nhiều vào thực tế Rấtnhiều quy trình chăm sóc, kĩ thuật trồng trọt được tiến hành một cách chủquan và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoàichăm sóc, những kĩ thuật trồng trọt thì “tưới nước là một trong những khâuquan trọng nhất trong trồng trọt”

“Hiện nay rau sạch đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu khi trênthị trường rau quả ,người tiêu dùng luôn phải đối mặt với các loại rau củ quả

có sử dụng dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc kích thích, vi khuẩn, hóa chất gâybệnh…bởi lẽ đằng sau đó là sự lo lắng về chất lượng, về sức khoẻ cho bảnthân và gia đình Trước thực trạng đó, nhiều hộ gia đình đã áp dụng cácphương pháp trồng rau sạch trong nhà, nhưng để chăm sóc được rau đảm bảođược các tiêu chuẩn về an toàn thì lại rất tốn thời gian và công sức.”

Ngoài ra trên nhiều tuyến đường trong thành phố, chúng ta vẫn bắtgặp hình ảnh các xe chở nước tưới cây dọc đường gây ùn tắc, mất an toàngiao thông

Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa các thiết bị tự động hóa được đưa vào phục vụ thay thế sức laođộng của con người Vì vậy thiết bị tưới cây đang được nghiên cứu, thiết kế,chế tạo được áp dụng ngày càng nhiều vào thực tiễn “Thiết bị tưới cũng rất

đa dạng về chủng loại (vòi phun sương, phun mưa, vòi nhỏ giọt bù áp, không

bù áp, tưới nhỏ giọt ) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khácnhau được chế tạo từ nhiều nước như Hàn Quốc, Israel, Trung Quốc, ĐàiLoan , sẽ rất thuận tiện giúp cho người sử dụng lựa chọn sản phẩm phù hợpvới nhu cầu sử dụng của mình Việc tính toán các thông số để lựa chọn thiết

bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới cho tùng loại cây theo nông học

và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao là việc cần thiết choviệc phát triển trên diện rộng của hệ thống tưới này Hệ thống tưới phun đápứng độ ẩm không khí, độ ẩm gốc và độ ẩm lá cho cây trồng phát triển tốt, hệthống tiết kiệm nước giúp tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, tạo điềukiện cho cây trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, không gây ônhiễm môi trường, thoái hóa đất Hệ thống tưới nước tự động có thể kết hợpvới phun thuốc hóa học, bón phân Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệthống tưới cây tự động sẽ giúp cho chúng ta tiết kiệm thời gian tưới cây, tiếtkiệm chi phí nhân công tưới nước và không cần phải giám sát thời gian tướicây Với hệ thống này, việc tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ thời tiếtnắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm…Tất cả các điềukiện đó sẽ được đưa vào hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác đểbơm 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 vàchính xác hơn Vì vậy việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới nước có

ý nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ độ ẩm, kiểm soát tỷ lệ cácchất dinh dưỡng cũng như nồng độ các chất bảo vệ thực vật phun tới cây rau

để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủtheo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốctrừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao.” (Forum nông học2013)

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 dụngrộng trên các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tướinước 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 vậndụng hệ thống này mới trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động cũng trởnên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóanông nghiệp nông thôn nhưng không phải người dân nào cũng mạnh dạn đưa vào

sử dụng vì chi phí đầu tư cao

Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộc sốngcon người, làm cho cuộc sống con 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 đạithay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏi sự chính xác cao

Kỹ thuật điện tử phát triển đã nhanh chóng được ứng dụng vào trong nhiềulĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điềukhiển tự động giữ vai trò cực kỳ quan trọng góp phần lớn cho sự tiến bộ khôngngừng của các lĩnh vực này Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộcnhiều vào khí hậu tự nhiên, và với những phương pháp sản xuất canh tác truyềnthống không mang lại năng suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu conngười 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 môitrường như : nhiệt độ, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp vớitừng giai đoạn phát triển của cây trồng Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên

em đã nghiên cứu và thiết kế : “ Hệ Thống Tưới Cây Tự Động ”.

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu về các phương pháp tưới cây nhằm

thiết kế ra mô hình hệ thống tưới cây tự động, từ đó ứng dụng vào thực tiễngiúp cho việc tưới cây đạt hiệu quả cao và giúp cho việc trồng trọt ở nước ta

có những phương án mới

Nhiệm vụ nghiên cứu: Để thực hiện được những mục tiêu trên, em xác

định cho mình những nhiệm vụ sau đây:

Thứ nhất, nghiên cứu về các công trình nghiên cứu các thế hệ trước,tìm hiểu các hệ thống tưới cây hiện đang có trên thị trường, từ đó đánh giánhững ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống.

Thứ hai, nghiên cứu về phần mềm lập trình và mô phỏng trên máytính

Thứ ba, tiến hành làm mô hình, thử nghiệm mô hình nhiều lần, kiểmtra lỗi và từ đó hoàn thiện hệ thống

4 Kết cấu đồ án

Đồ án được bố cục thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống tưới cây tự động

Chương 2: Giới thiệu các phần tử trong hệ thống tưới cây tự động

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động

Hệ thống tự động là hệ thống bao gồm quá trình thu thập thông tin, xử lýthông tin và tác động lên hệ thống để điều khiển các quá trình xảy ra trong thiênnhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người

Hiện nay, hệ thông tự động rất phổ biến, nó xuất hiện trong nhiều lĩnh vực

Có thể kể đến 1 số hệ thống tự động rất phổ biến hiện nay:

• Hệ thống quạt, điều hòa, tủ lạnh

• Hệ thống báo chuông giờ học

sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năngsuất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiệnđại, thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất Từ đó sẽ tăng khả năng cạnhtranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vaitrò vô cùng quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sảnxuất mà còn ứng dụng phục vụ đời sống con người Trong sản xuất nó thay thế conngười những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việctinh vi hiện đại…còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng

dụng phục vụ nhu cầu sống Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sốngchúng ta.

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

Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nôngnghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn cònrất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đãđưa dần tự động hóa vào đời sống vào sản xuất, đặc biệt là các nước Đông Nam Átrong đó có Việt Nam Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạothiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệthông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực Cóthể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốcgia, vùng lãnh thổ nào

1.4 Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường

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 tưới cây bán tự động giúp tiếtkiệm sức lao động, hiệu quả cao hơn so với tưới thủ công Tuy nhiên những hệthống này vẫn còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiểu quả cao nhất

có thể

Ở các trường đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thốngtưới nước tự động do sinh viên thực hiện Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chếcần khắc phục

Một số hệ thống ở Việt Nam

“Hệ thống tưới rau bằng điện thoại: Bằng cách soạn tin nhắn thông

thường, nội dung là mã code và gửi tới hộp điều khiển, sau 10 giây, các béc nướcbắt đầu hoạt động Đó là sáng kiến tưới rau bằng nhắn tin điện thoại độc nhất củaanh Bùi Ngọc Minh Tâm ở TP.HCM giúp trồng rau sạch tại nhà Nếu điều khiển

bằng tay nông dân chỉ cần bấm nút là có thể bơm được Còn khi không ở nhà nôngdân muốn tưới rau thì có thể tưới bằng cách soạn tin nhắn theo cú pháp rồi gửi yêucầu, tủ điều khiển sẽ phản hồi lại và thực hiện thao tác tưới rau như yêu cầu của tinnhắn.“ (Hữu Ký 2015)

“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 vàthạc 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 1cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhàmàng trồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 Khi các cảmbiến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệucần nước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC Tại đây các chức năng sẽđược điều khiển tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun the các vòiphun 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 tưới phun tự động đa năng là sản phẩm khoa học có ýtưởng hay, tính ứng thiết thực và đã được thử nghiệm có hiệu quả thực tế.”(Nguyên Thu 2014)

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU

KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 2.1 Vi điều khiển AT89C55

2.1.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C55

Hình 2.1 : Sơ đồ chân của VĐK AT89C55

Chip AT89C55 có đặc điểm sau:

- 20K Byte bộ nhớ chương trình trên chip

- Dao động với thạch anh bên ngoài trong khoảng từ 0Hz đến 33Mhz

- Bộ nhớ RAM dùng cho dữ liệu 8x256

- 32 đường dẫn vào/ra lập trình được

- 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2 Timer 2 có các chức năng

Capture/Compare

- 8 nguồn ngắt

- Có thể giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài

2.1.2 Cấu trúc của vi điều khiển AT89C55

- AT89C55 có tất cả 40 chân

Chức năng của các chân vi điều khiển:

• P1.0 đến P1.7 (Chân 1 đến chân 8): Đây là chân vào/ra hai hướng của cổng 1 với một điện trở kéo lên dương nguồn đã đặt sẵn trên chip

• Chân RST (Chân 9) : là lối vào Reset Lối vào thường được sử dụng xóa

vi điều khiển về trạng thái ban đầu hoặc khởi động lại

• P3.0 (Chân 10): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip Chân này cũng hoạt động như một lốivào nhận dữ liệu (RxD) khi vi điều khiển được sử dụng như một bộtruyền nhận không đồng bộ (UART) để nhận dữ liệu nối tiếp

• P3.1 (Chân 11): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip Chân này cũng hoạt động như một lối

ra truyền dữ liệu (TxD) khi vi điều khiển được sử dụng như một bộ truyềnnhận không đồng bộ (UART) để truyền dữ liệu nối tiếp

• P3.2 (Chân 12): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip Chân này cũng là chân ngắt ngoài có sốhiệu là 0 (INT0)

• P3.3 (Chân 13): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip Chân này cũng là chân ngắt ngoài có sốhiệu là 1 (INT1)

• P3.4 (Chân 14): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip Chân này là chân lối vào của bộ đếmT0

• P3.5 (Chân 15): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip Chân này là chân lối vào của bộ đếmT1

• P3.6 (Chân 16): Đây là chân vào/ra hai hướng Đây là chân ghi vào bộ

nhớ ngoài (WR)

• P3.7 (Chân 17): Đây là chân vào/ra hai hướng dùng cho bit 7 của cổng 3.

Chân này là chân đọc bộ nhớ dữ liệu bên ngoài (RD)

• XTAL1 và XTAL2 (Chân 18 và 19): Hai chân này được dùng để nối với

một bộ cộng hưởng thạch anh ở bên ngoài để tạo nên một bộ dao độngbên trong vi mạch

• GND (Chân 20): Chân nối đất

• P2.0 đến P2.7 (Chân 21 đến chân 28): Đây là 8 chân vào/ra của cổng 2 vi

điều khiển Các chân này có các điện trở nối lên nguồn dương

• PSEN ( Chân 29): Đây là chân cho phép lưu trữ chương trình trên các vi

điều khiển 8051 chuẩn Chân này được kích hoạt khi vi điều khiển thựcthi các mã lệnh từ bộ nhớ bên ngoài

• ALE/PROG (Chân 30): Đây là chân cho phép chốt địa chỉ trên các vi điều

khiển 8051 chuẩn Chân này được sử dụng để chốt thấp (LOW) của địachỉ trong khi truy cập đến bộ nhớ ngoài

• EA/VPP (Chân 31): Đây là chân cho phép truy cập bên ngoài Chân EA

phải được nối với nguồn VCC khi thực thi chương trình bên ngoài

• P0.0 đến P0.7 (Chân 39 đến chân 32): Đây là 8 chân vào/ra của cổng 0

của vi điều khiển Các chân này không có các điện trở nối lên dươngnguồn

• VCC (chân 40) : Nguồn nuôi vi điều khiển, nối với nguồn dương.

2.1.3 Các bộ timer của AT89C55

Bộ vi điều khiển AT89C55 có 3 bộ Timer 16 bit đó là: Timer0, Timer1, Timer2

Người ta sử dụng các timer để:

 Định khoảng thời gian

 Đếm sự kiện

 Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 89C55

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở nhữngkhoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình đểthực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gửi sự kiện ra

các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer

để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung)

2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89C55

Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thờithời chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trìnhkhác

Các ngắt đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng dụng

vi điều khiển Chúng cho phép hệ thống đáp ứng bất đồng bộ với một sự kiện vàgiải quyết sự kiện đó trong khi một chương trình khác đang thực thi

Vi điều khiển AT89C55 chuẩn có 6 nguồn ngắt, cụ thể là:

 Hai ngắt ngoài (INT1 và INT0)

Hình 2.2: Hai gói cấu tạo chip DS1307

Các chân của nó được mô tả như sau:

- X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao

động cho chip

- V BAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip

- GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.

- Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều

khiển Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thìDS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được)

- SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver),

tần số của xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hầu nhưkhông liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng

ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch

- SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C mà

chúng ta đã tìm hiểu trong bài TWI của AVR.”(AVR tutorial 2015)

Ghép nối DS1307 với vi điều khiển

Việc ghép nối DS1307 với vi điều khiển bằng một mạch điện đơn giản nhưtrong hình sau:

Nó có cấu tạo gồm 4 chân như hình :

-Chân 1: Chân nối nguồn VCC 5VDC

-Chân 2: Chân dữ liệu để giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn 1 dây

-Chân 3: Chân NC (No connect)

-Chân 4: Chân GND nối đất

Sơ đồ kết nối vi xử lý:

Hình 2.5: Sơ đồ kết nối vi điều khiển

- Nguyên lý hoạt động:

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theobước:

 Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại

 Khi đã giao tiếp được với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt

độ đo được

- Bước 1: Gửi tín hiệu Start

 MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trongkhoảng thời gian >18ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và

độ ẩm

 MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.

 Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11

 Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được vớiDHT11 ko Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giaotiếp của MCU với DHT

- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11

DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:

• Byte 1 : giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

• Byte 2 : giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

• Byte 3 : giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

• Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

• Byte 5 : kiểm tra tổng

⇒ Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm vànhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa

Đọc dữ liệu:

Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 vềMCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của nhiệt độ và độ ẩm

• Bit 0:

2.4 Màn hình LCD

Trong đồ án này, em sử dụng LCD 16x4 4 dòng 16 cột vì nó có màn hìnhrộng, hiển thị được nhiều thông số, thuận tiện cho việc tùy chỉnh cài đặt tự động.Màn hình LCD đã rất phổ biến trên thị trường Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ2,5 đến 5V) LCD hoạt động ở 2 chế độ 4 bít và 8 bít,

Hình 2.6: Sơ đồ chân và kết nối LCD với VĐK

LCD16x4 được ghép nối thông qua Port P2 (từ P2.0 đến P2.7 không sử dụngP2.3) P2.0 nối với chân RS, P2.1 nối chân R/W, P2.2 nối chân E và chân P2.4 đếnP2.7 là chân dữ liệu vào

Trong đó:

-VSS : Chân nối đất

-VDD: Chân nối nguồn 5VDC

-VEE: Chân chọn độ tương phản , chân này được nối với 1 biến trở 10k 1đầu nối VCC, 1 đầu nối mass để tùy chỉnh độ tương phản cho màn hình LCD

- Chân chọn thanh ghi RS, có 2 chế độ chọn thanh ghi

+ RS=0 ở chế độ ghi lệnh vào LCD như xóa màn hình, bật tắt con trỏ, vv + RS=1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị kí tự, chữ, số lên màn hình

-Chân chọn chế độ đọc/ghi R/W: cho phép người dùng ghi thông tin lênLCD R/W=0 hoặc đọc thông tin LCD R/W=1

-Chân cho phép E (Enable): Khi có 1 tín hiệu được đưa lên chân dữ liệu, khi

có 1 xung từ mức cao đến mức thấp (xung cho phép) của chân E thì các lệnh đượcchấp nhận

-Chân D0-D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD

2.5 Rơ le (relay)

Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện Nói là mộtcông tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụthuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không

2.6 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

“Cấu tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi

Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hóa

- Điện dung chỉ khả năng tích điện của tụ điện

- Ký hiệu : C (Capture)

- Đơn vị : F (Fara)

Phân loại :

-Tụ phân cực (tụ hóa): là loại tụ điện có hai đầu (-) và (+) rõ ràng, không

thể mắc ngược đầu trong mạng điện DC Chúng thường là tụ hóa học và tụtantalium.” (Trần Văn Thiệt, Phạm Duy Phương, Bùi Quốc Trưởng 2008, 6)

Hình 2.8 : Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ hóa

-Tụ điện không phân cực (tụ gốm): Là tụ không qui định cực tính,

Đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm:

- Hệ số tự cảm đặc trưng cho khả năng cảm ứng điện từ của ống dây đối với

sự biến thiên từ thông do chính sự thay đổi dòng điện qua mạch

Hình 2.10: Ký hiệu v0à hình ảnh thực tế cuộn dây

- Cuộn dây lõi sắt bụi (Ferrite): thường sử dụng trong mạch điện có

tần số cao.” (Trần Văn Thiệt, Phạm Duy Phương, Bùi Quốc Trưởng, 6)

Đặc điểm: Các loại điện trở có một giá trị cố định được thể hiện qua các

vòng màu, thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu, điện trở chính xác thì ký hiệubằng 5 vòng mầu.” (Trần Văn Thiệt, Phạm Duy Phương, Bùi Quốc Trưởng 2008,5)

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Thiết kế bộ điều khiển có chức năng điều khiển đóng ngắt các thiết bị tựđộng thông qua cảm biến nhiệt độ và độ ẩm (DHT11)

Hệ thống thiết kế gồm 6 khối:

• Khối MCU sử dụng chip AT89C55

• Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11

• Khối hiển thị sử dụng màn hình LCD

• Khối thời gian thực sử dụng DS1307

• Khối điều khiển đóng/ngắt thiết bị sử dụng Relay 5VDC

• Khối nguồn nuôi 5VDC

Sơ đồ khối của mạch điều khiển

Hình 3.1 : Sơ đồ khối của mạch điều khiển

Chức năng của từng khối:

Khối xử lýtrung tâmAT89C55

Khối cảm biến nhiệt

độ và độ ẩm DHT11

Khối hiển thị LCDKhối thời gian

• Khối vi điều khiển : Sử dụng vi điều khiển AT89C55 được lập trình để điềukhiển toàn bộ hoạt động của mạch.

• Khối hiển thị: Là LCD 4 dòng 16 cột để hiển thị thời gian thực, nhiệt độ, độ

ẩm và các thiết lập khác

• Khối thời gian thực: sử dụng DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực

• Khối nguồn nuôi: Là khối tạo ra điện áp 5VDC cung cấp dòng nuôi vi điềukhiển và toàn bộ linh kiện trong mạch

• Khối đóng/ngắt thiết bị điện: dùng để đóng ngắt thiết bị điện khi nhận tínhiệu điều khiển từ vi điều khiển AT89C55 sử dụng Relay 5VDC

3.1 Xây dựng bài toán

Việc tưới cây tự động sẽ làm tăng hiệu quả canh tác như: giảm thời gianlao động, tiết kiệm nước, tăng năng suất cho cây trồng Tuy nhiên để đạt được hiệuquả cao nhất cần tính toán đến đặc tính từng loại cây trồng và đặc tính đất đai củatừng vùng

Như vậy thiết kế hệ thống tưới cây tự động sẽ bao gồm:

- Nguồn cấp nước cho hệ thống

- Chế độ thủ công:

+ Nhiệt độ > 35oC( Nhiệt độ tối đa), chọn chu kỳ tưới mong muốn (thờigian lặp lại quá trình làm mát nếu nhiệt độ vẫn cao, còn nhiệt độ thấp hơn

nhiệt độ tối đa hệ thống sẽ dừng lại) và thời gian tưới theo khoảng độ ẩmhiện tại.

• Độ ẩm < 65% : phun sương 10 phút

• Độ ẩm < 75% : phun sương 5 phút

• Độ ẩm < 85% : phun sương 3 phút

• Độ ẩm >90% : ngừng tướiTất cả các thông số trên đều có thể tùy chỉnh bởi người sử dụng tùy theocách sử dụng của từng người, tùng vùng và từng thời tiết khác nhau

2 Thiết kế bộ hẹn giờ tưới

Đến giờ được cài đặt, bơm sẽ tự bật lên, tùy chọn van để mở, có thể chọn mởvan theo từng khu vực và tùy thuộc vào khoảng độ ẩm sẽ quyết định thời gian đóngbơm

3 Chế độ tưới theo ngày

Do có nhiều loại cây có không ưa nước, mà ưa hạn, nên em thiết kế thêm chế

độ tưới theo ngày, ta có thể tùy chọn được những ngày cần tưới trong tuần vànhững ngày hệ thống ngừng hoạt động

3.2 Thiết kế mạch điều khiển

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây

Sử dụng phần mềm Altium để thiết kế sơ đồ bố trí mạch

Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý

3.2.2 Các khối trong mạch

Khối nguồn nuôi

- Khối nguồn sử dụng IC LM2576 –T cho điện áp ra cố định 5V Đây là IClàm việc ổn định, cho dòng điện đầu ra lớn, lên tới 3A

- Khi cấp nguồn cho mạch, không thể tránh khỏi việc không cấp được điện

áp liên tục cho mạch, vì vậy các tụ C2(1000uF/25V) và C4(104) có nhiệm vụ bùđắp điện áp cho mạch, tránh hiện tượng mạch bị reset liên tục khi hoạt động

- Cuộn cảm L1 và tự C3(470uF) và C1(104) có chức năng lọc điện áp đầu ra,tạo điện áp ổn định 5V

- Diode IN4004 để bảo vệ mạch khi LM2576 hỏng

Khối giao tiếp Rơle 5V

- Sử dụng Rơle 5V/10A – 250VAC , cho phép cường độ dòng điện tối đa qua

tiếp điểm rơ le với hiệu điện thế nhỏ hơn 250 V xoay chiều là 10A

Khối giao tiếp LCD Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

Khối giao tiếp I2C DS1307 Khối nút bấm

3.3.2 Mạch in thực tế sau khi thiết kế

Altium designer là một phần mềm chuyên nghành được sử dụng trong thiết

kế mạch điện tử Cho phép quản lý thành các project riêng hoặc thành cácworkspace Hỗ trợ thư viện khổng lồ, với nhiều loại IC, linh kiện mới cập nhật.Thiết kế mạch in với các tính năng cài đặt kích thước dây, cách thức đi dây, hỗ trợthư viện, tự động kiểm tra lỗi Việc tiến hành mạch in có thể được thực hiện thôngqua chế độ tự động Tuy nhiên thì việc đi dây bằng tay sẽ giúp mạch điện tử sẽ gọn

và đẹp hơn

Hình 3.3: Mạch in sau khi thiết kế