www.tinhgiac.com de tai may tuoi nuoc tu dong thich hop de tuoi nuoc cho cay tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, lu...
Trang 1Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thay Tran Nguyên Bảo Trân
I MỤC ĐÍCH YÊU CÂU: 1 Giới thiệu đề tài:
Lâu nay bà con nông dân vẫn dùng nhiều phương pháp tưới nước như dùng gàu vấy tát nước cho cây hoặ tưới cây bằng xăng dầu, motor điện với éng chuyên nước dần đần 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: May tưới nước tự động thích hợp để tưới nước cho cây ở vườn nhà hoặc hoa kiếng 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 phan co ban:
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 ché đề tài :
Đề tài này được ứng dụng khá rộng rãi nhưng trong phạm vi cho phép chúng em chỉ có thế thực hiện hệ thống tưới nước tự động ở mức độ đơn giản, phân 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
s Ứng dụng về các kiến thức vi xử lí và điện tử số đã được học
Trang 2II NOI DUNG: 1 Lí thuyết cơ bản:
1.1 Vi điều khiển AT89C51
AT89CS51 là phiên bản 8051 có ROM trên chịp 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 AT§9C51 cần phải có thiết bị lập trình PROM hồ 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 AT§9C51 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 xuat nhap (I/O port) :32
— 26 dinh thoi 16 bit — Ngắt:6
— Nguồn cap :Vec =5V
— 3 vi tri khoa b6 nho chuong trình — Mạch giao tiếp nôi tiếp
— Hoat dong tinh: tu 0 Hz dén 24 MHz
Trang 3Hệ thông tưới nước tự động GVHD: Thaj Tran Nguyén Bảo Trân c Sơ đồ chân và chức năng các chân của vi điều khiển AT§9C51 U1 FTf/.BEBHq1 40HVCC
ap aay Gta Be 39 PO.0 (ADO) o 1] 546 vec +405
P1 13 38H PO0.1 (ADI) oy pt Po.o/ADO -3e—o
P1.30)4 37 HPD.2 (AD2) E—-] P1.2 P0.1AD1 [ƑS7—T
P1I.4EH5 36 HP0.3 (AD3) L———| P1.3 PO.2/AD2 [3g —U
P1506 se 35 HhP0.4 (AD4) oe paces D—g | P1.4 | P1.5 PO.3/AD3 [35 _U P0.4/AD4 [ST
Pi.S6TF.? 344HPD.5 (AD5) o— P1.6 P0.5/AD5 33
P1.7(] 8 331 P0.6 (AD6G) O— os P1.7 P0.6/AD6 [352
RSTO s 32a PO.7 (ADT) E—j-| RST P0.7/AD7 [3T
xe aS C—,>-] P3.1/IXD_ALE/PROG [551
(TXD) P3.1TH11 BO SCE Paes C45 P3.2/INTO PSEN | 5s—Ol
(INTO) P3.2 4) 12 29EHPSEN E— 15 | P3.3/INT1 P2.7/A15 | 2—0
INTT) P3.3PH] 13 58E1P2:7 (A18) —T | P3.4T0 P2.6/A14 F5@—
(T0) P3.4EH14 27H P26 (A14) L—p | P3.5/T1 P2.5A13[25——*
(T1) F35115 2slHñP2.5 (A13) =—†; |P3.6NWR P24/A12[22—-
ose = ti _ - + : L—p- | P3.7RD P2.3A11 FZ2—
(WR) P3.6T] 16 25HP2.4 (A12) O95 XTAL2 P2.2/A10 [55 0)
(RD) P3.7 4) 17 24EHP2.3 (A11) L—2D-PXTAL1 P2.1/A9 F51—T
XTAL3 F] 18 23H P2.2 (A10) E—“—ÈGND P2.0/A8 ->——H
XTAL1 O19 2277 P2.1 (A9) GND & 20 21 P2.0 (AB) AT89C51 chirc nang: > > > Vcc:nguôn cấp (chân số 40) GND: Nối đất (chân số 20 ) Port 0: Port 0 (P0.0 - P0.7) có số chân từ 32- 39
Port 0 là port xuất nhập §bit 2 chiều Port 0 được định hình làm bus địa chỉ (byte thap) va lam 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 thê 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 l 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
Trang 4điện 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 dia chi 16 bit
> Port3:
— Port 3 (P3.0 - P3.7) cé sé chan tir 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 cua 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 nhap, cac chan port 3 được kéo xuong 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 ATS9C51 Chức năng của các chân được mô tả qua bảng sau :
Bit Tén Dia chi bit | Chirc nang
P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nôi tiếp P3.1 TxD BIH Chân phát dữ liệu của port nôi tiêp P3.2 INTO\ B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0
P3.3 INT1\ B3H Ngo vao ngat ngoai 1
P3.4 TO B4H Ngõ vào của bộ định thời/đêm 0 P3.5 TI B5H Ngõ vào của bộ định thời/đêm 1 P3.6 WR\ B6H Điêu khiến ghi vào RAM ngoài P3.7 RD\ B7H Điều khiến đọc từ RAM ngoài
> 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 AT89C 51
Mạch Reset tự động khi khởi động máy
O day chúng ta thực hiện Reset băng cách nôi chân 9 của 8951 với nguôn 5V > Chân ALE (Address Latch Enable) / PROG : chân số 3
Trang 5Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thay Tran Nguyên Bảo Trân
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 thê 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 môi chu kì truy xuất của bộ nhớ đữ liệu ngoài Khi cân hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vơ hiệu hố băng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biét (SFR) co địa chỉ byte la 8EH Khi bịt này được
set, ALE chi 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 khiến đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài
> 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 ngoài, PSEN được hoạt động
2 lần trong mỗi chu kỳ máy ngoại trừ hoạt củaPSEN được bỏ qua trong mỗi bộ
nhớ đữ liệu ngoài
> Chan EA/V,, (External Access): truy xuất ngoài , chân số 31
EA phải được nỗi với GND cho phép xuất mã từ vị trí bộ nhớ chương trình
ngoài bắt đâu tại 0000H đến FFFFH
Chú ý:cho dù thế nào, nếu khoá bit 1 được lập trình, Z4 sẽ được chốt bên trong lúc Reset
EA nối V„ để thực hiện chương trình bên trong
Chân này nhận điện áp cho phép lập trình là 12V (Vpp) trong khi lập trình Flash > Chan XTAL 1 (Crysral), han 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
Đề tạo dao dong cho vi diéu khién AT89C51 hoat động, chúng em chọn mach dao động như hình vẽ sau với các giá trị của linh kiện: CI= C2=3pF Thạch anh dao động có tần số 12MHz Ga 3 XTAL2 HLH C1 5L XTALT GND —=— =
Note: C1, C2 = 30 pF + 10 pF for Crystals Cách mdc cua mach dao động
= 40 pF + 10 pF for Ceramic Reson
Trang 61.2 Cảm biến nhiệt LM 35 l
LM35 là họ cảm biên nhiệt, mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đâu Ta tỉ lệ tuyên tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Họ cảm biên này không yêu câu cân chỉnh ngoài vì vốn nó đã được cân chỉnh, có thể hoạt động đến 150°C tương ứng với nhiệt độ 0° K , LM35 cho ra điện áp 0V Cứ tăng 10° C ,dién 4p ra tăng 10mV Như vậy với 0° C thì điện áp là 2.73V
Y nghĩa các chân (TO92): Chân 1:V* Chân 2:Vout Chân 3:GND TO-92 Hy Plastic Package +V¥s Vour GND Z BOTTOM VIEW TO92 T (Plastic Package SO-8 Small Outline Molded Package eit aa Vout 7]! or *Vs N.C.—4 2 7Ƒ AC N.€.—15 BE Nẻ€ GHD —1 4 Sf N.C, D SO8 TL/H/B518~21 (Plastic Micropackage) Top View Một số tính chất cơ bản của LM35:
- LM235 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / 1°C
- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25°C nó
có sai số không quá 1% Với tầm đo từ 0°C — 128°C, tín hiệu ngõ ra tuyến tính
liên tục với những thay đôi của tín hiệu ngõ vào - Thông số kỹ thuật:
“_ Tiêu tán công suất thấp
" Dòng làm việc từ 400HA — 5mA
" Dòng ngược l5mA = Dong thudn 10mA
" Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25°C với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra từ 2,94V - 3,04V
Trang 7Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thay Tran Nguyên Bảo Trân - Đặc tính điện: Theo thông số của nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra như sau: Vout = 0, 01xT° K = 2,73 + 0,01T°C Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0°C — 100°C ta có sự biến thiên điện áp ngõ ra là: Ở 0°C thì điện áp ngõ ra Vạu = 2,73 (V)
O 5°C thi dién ap ng6 ra Vout = 2,78 (V) Ở 100°C thi dién ap ngd ra Vout = 3,73 (V)
Tam bién thién điện á áp tương ứng với nhiệt độ từ 0°C - 100°C là 1V
1 3 Bộ chuyển đôi ADC 0804
ADC0804 là bộ chuyên đôi tương tự số thuộc họ ADC0800, chip này có nguồn nuôi +5V và độ phân giải 8bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC Thời gian chuyền đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần đề chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyên đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN va khong bé hon 110s Ny sce *°Ố W2 LG or5V 150pF TOP VIEW | 21RD CLKR WR _ J La ae, ee ay sibs INTR — cs [1 20] V+ OR Vrer rr RD [2 19] CLK R „11 | DB; | 2 1.2] ps wr [3 [18] DBọ (L sp) ANY in| 2 |< 6
uPROCESSOR a le? | DBs CLK IN| 4 17] DB,
fee] 284 Vin) 9) Dire INTR [5 18] DB;
«— 583) Vin (-) 7° inputs Vin (+) [6 15] DBs 16] ps AgND|Ê + 1ÌDB„y Vger/2L3 2Vngr!2 Vạn (-) [7 44] DB 4 ' ` x<¿2g AGND [8 13] DB <2] 0Bo oGnp{*° — 43] DBs | " Vrer/2 9| 12] DB, DGND [10 11] DB7 (msB) 8-BIT RESOLUTION OVER ANY DESIRED } ANALOG INPUT VOLTAGE RANGE
Các chân có chức năng như sau: > CS (chip select) — chon chip
Đâu vào tích cực mức thấp được sử dụng đẻ kích hoạt ADC0804 > RD (Read) — doc
Đây là tín hiệu vào, tích cực mức thấp Các bộ ADC chuyền đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chuyên đổi tới đầu ra của ADC0804 Khi CS =0 nếu có 1 xung cao
Trang 8xuống thấp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân đữ liệu D0 -D7 Chân RD con được xem là cho phép đầu ra
> WR (Write) - Ghỉ
Là chân tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu chuyển đối Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu tiễn hành chuyên đổi giá trị đầu vào tương tự Vịạ về số nhị phân 8bit Lượng thời gian cần thiết để chuyển đôi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR ở mức thấp
»> CLKIN vàCLK R
CLK IN là chân vào nối tới đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài sử dụng để tạo thời gian Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R được nối với 1 tụ điện và 1 điện trở như hình vẽ:
> Ngat INTR
Ngắt ( kết thúc chuyên đôi), đây là chân ra tích cực mức thấp Bình thường chân này ở mức cao và khi việc chuyên đổi hoàn tất thì nó xuống thấp khi đó đặt CS = 0 và gửi 1 xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra
Vin(+) va Vin(-)
Là 2 đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) — Vin(-) Vin(-) nỗi mass, Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đôi về dạng số > Vee Nguồn +5V, dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vàoV;„z; (chân 9) hở > Mi Chân 9 là điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu > DO-D7
Là các chân ra đữ liệu (D7 là bit cao nhất MSB, DO 1a bit thấp nhất LSB)
Các chân này được đệm 3 trạng thái và dữ liệu đã được chuyên đôi chỉ được truy cập 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 B đến bus A phụ thuộc vào mức logic ngõ vào điều khiến trực tiếp (DIR), ngõ vào cho phép (G ) dùng để không cho phép thiết bị hoạt động để cách li các đường bus hiệu quả
Đặc điểm:
vwx Có 20 chân
v3 trạng thái nõ ra điều khiến trực tiếp đường bus vwx Ngõ vào PNP giảm tải DC trên đường bus
v Hiện tượng trễ ở bus ngõ vào nhằm cải thiện mép nhiễu
w Loại truyền thời gian delay port đến port 8ns
Trang 9Hệ thông tưới nước tự động
vx Loại thời gian cho phép/ không cho phép 17 ns Y Io, =24 mA Y Ion =-15 mA ENABLE Yoo 6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 | 20 18 18 17 [+6 15 |+4 13 12 las VIVV|VIVX 7 |KƑ 1 -— -~ ẦẨ Ầ ~~ Ps cẦ |" iT rr | z i | 3 a (ie C 4 | 5 (7 6 7 \ Z\ 7 8 _ 9 Ạ | 10 DIR A1 A2 A3 A4 A5 AG A? A8 GND 2 Nguyên lý hoat đồng : Function Table GVHD: Thaj Tran Nguyén Bảo Trân Enable Direction Operation G Control DIR 1, L B Data to A Bus L A Data to B Bus H X Isolation H = HIGH Level L =LOW Level X = Irrelevant
Dùng cảm bién nhiét d6 két hop thoi gian dé diéu khién hé thong tudi nude Mạch hoạt động theo nguyên tắc sau:
- Buổi sáng : 5ø- 6g + t>20°C >> tự động tưới - Buổi chiều :17g-18g + t>20°C > tự động tưới
Trang 103 Lưu đồ giải thuật
BẮT ĐẦU —— Nhiệt độ:Nhập dữ liệu từ ADC giải mã hiên thị nhiệt độ — Hiển thị: Giải mã và hiển thi đồng hồ KHỞI TAO TMOD — Tăng giá trị Led: Tăng giờ, phút, giây
— Điều khién :Kiém tra nhiệt độ và
Trang 11Hệ thông tưới nước tự động 4 Chương trình SMOD51 GIO EQU 30H PHUT EOU 31H GIAY EOU 32H PTRAM GIAY EOU 33H CS BIT P3.0 READ BIT P3.1 WRITE BIT P3.2 INTR BIT P3.3 ORG 0000H LUMP MAIN ORG 000BH LUMP TO ISR ORG 0030H MAIN: CLR CS CLR READ MOV IE,#82H MOV GIAY,#00H MOV PHUT,#00H MOV GIO, #00H MOV PTRAM GIAY,#00H CLR P3.7 MOV R1,#10 MOV TMOD,#01H SETB TFO SETB TRO CT CHINH: ACALL NHIETDO ACALL DISPLAY ACALL CHINH GIAY ACALL SOSANH ACALL SOSANH1 LUMP CT CHINH TO ISR:
MOV THO, #HIGH(-10000)
MOV TLO, #LOW(-10000)
Trang 21Hệ thống tưới nước tự động GVHD: Thay Tran Nguyên Bảo Trân
Trang 24HI KÉT LUẬN
Trên đây là ý tưởng thiết kế của chúng em, phần nào là giải pháp thiết thực để giúp bà con nơng dân thốt khỏi phương pháp thủ công và góp một phần nhỏ nào trong công cuộc đổi mới trong nông nghiệp Từ những nên tảng sẵn có chúng ta có thê nghĩ ra những ý tưởng khác nữa, tùy vào mục đích sử dụng mà tìm những thiết bị phù hợp cho ý tưởng của mình Mong rang roi đây sẽ còn có nhiều sản phẩm điện tử mới được ra đời đáp ứng được nhu cầu của con người và tiễn dần đến tự động hóa trong tất cả các lĩnh vực