Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 1 DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. 7 MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 8 1. Tính cấp thiết của đề tài. .............................................................................. 8 2. Lý do chọn đề tài. ......................................................................................... 9 3. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 10 4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 10 5. Bố cục đồ án ............................................................................................... 11 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 12 1.1. Khái niệm về hệ thống tự động hóa. .................................................... 12 1.2. Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất. ................................ 12 1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong nông nghiệp. ...................................... 13 1.4. Hiện trạng phát triển trên thế giới. .......................................................... 14 1.5. Thực trạng vấn đề tưới cây vụ đông tại Việt Nam. ................................. 16 1.6. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung. ....................................................... 16 1.7. Nghiên cứu kỹ thuật chăm sóc cây lạc vào vụ đông ............................... 16 1.7.1. Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc. ............... 16 1.7.2. Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu nhiệt độ của cây lạc. ............ 17 1.7.3. Nhu cầu về phân bón, chất dinh dưỡng của cây lạc. ........................ 17 1.8. Bài toán điều khiển. ................................................................................ 17Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đào Văn Nam Trang 3 1.9. Phân tích các phương án điều khiển. ...................................................... 18 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ HÌNH ............................................. 19 2.1. Thiết kế mạch. ......................................................................................... 19 2.1.1. Sơ đồ khối của mạch. ....................................................................... 20 2.1.2. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển chính. ........................................... 21 2.1.3. Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến................................................. 33 2.1.4. Sơ đồ nguyên lý khối mạch công suất. ............................................ 39 2.1.5.Sơ đồ nguyên lý tổng quan. ............................................................... 47 2.1.6. Thuật toán điều khiển ....................................................................... 48 2.2. Thiết kế mô hình. .................................................................................... 51 2.2.1. Thiết kế khung mô hình giá đỡ. ....................................................... 51 2.2.2. Thiết kế khung mô hình nhà kính. ................................................... 53 CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO MẠCH VÀ MÔ HÌNH .............................................. 55 3.1. Chế tạo mạch. .......................................................................................... 55 3.1.1. Sơ đồ board mạch điều khiển chính. ................................................ 55 3.1.2. Sơ đồ boar mạch cảm biến............................................................... 56 3.1.3. Sơ đồ Board tổng quan. ................................................................... 57 3.1.4. Thiết kế phần mềm ........................................................................... 58 3.2. Chế tạo mô hình ...................................................................................... 63 3.2.1. Mô hình hệ thống. ............................................................................ 63 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................... 64 4.1. Đánh giá kết quả...................................................................................... 64Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp SVTH: Đào Văn Nam Trang 4 4.2. Hạn chế của đề tài ................................................................................... 64 4.3. Hướng phát triển đề tài ............................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 65 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 66
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian thực đề tài với nội dung nghiên cứu: “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều khiển tự động chăm sóc cho lạc vụ đông”, 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 chăm sóc tự động đạt độ xác hoạt động tốt Em xin chân thành cảm ơn Nguyễn Phương Thảo tận tình bảo giúp đỡ em hoàn thành đồ án Do kiến thức hạn chế q trình thực đồ án em khơng tránh khỏi sai xót kính mong q thầy cô hội đồng bảo vệ dẫn, bỏ qua giúp đỡ Em mong đóng góp thầy bạn để nội dung đề tài ngày hoàn thiện Sinh viên thực Đào Văn Nam SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 10 Bố cục đồ án 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN 12 1.1 Khái niệm hệ thống tự động hóa 12 1.2 Vai trò tự động hóa q trình sản xuất 12 1.3 Ứng dụng tự động hóa nông nghiệp 13 1.4 Hiện trạng phát triển giới 14 1.5 Thực trạng vấn đề tưới vụ đông Việt Nam 16 1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 16 1.7 Nghiên cứu kỹ thuật chăm sóc lạc vào vụ đông 16 1.7.1 Các giai đoạn sinh trưởng nhu cầu độ ẩm lạc 16 1.7.2 Các giai đoạn sinh trưởng nhu cầu nhiệt độ lạc 17 1.7.3 Nhu cầu phân bón, chất dinh dưỡng lạc 17 1.8 Bài toán điều khiển 17 SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp 1.9 Phân tích phương án điều khiển 18 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH VÀ MƠ HÌNH 19 2.1 Thiết kế mạch 19 2.1.1 Sơ đồ khối mạch 20 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển 21 2.1.3 Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến 33 2.1.4 Sơ đồ nguyên lý khối mạch công suất 39 2.1.5.Sơ đồ nguyên lý tổng quan 47 2.1.6 Thuật toán điều khiển 48 2.2 Thiết kế mơ hình 51 2.2.1 Thiết kế khung mơ hình giá đỡ 51 2.2.2 Thiết kế khung mơ hình nhà kính 53 CHƯƠNG CHẾ TẠO MẠCH VÀ MƠ HÌNH 55 3.1 Chế tạo mạch 55 3.1.1 Sơ đồ board mạch điều khiển 55 3.1.2 Sơ đồ boar mạch cảm biến 56 3.1.3 Sơ đồ Board tổng quan 57 3.1.4 Thiết kế phần mềm 58 3.2 Chế tạo mơ hình 63 3.2.1 Mơ hình hệ thống 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64 4.1 Đánh giá kết 64 SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp 4.2 Hạn chế đề tài 64 4.3 Hướng phát triển đề tài 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.Bộ hẹn van điều khiển 15 Hình2.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống 19 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống 20 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 21 Hình 2.4: Sơđồ chân PIC 18F2580 22 Hình 2.5:Hình ảnh thực tế PICF2580 22 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD16x02 mạch điện 28 Hình 2.7:Ảnh thực tế LCD16x02 .28 Hình 2.8: Sơ đồ chân DS1307 29 Hình 2.9:Ảnh thực tế Module thời gian thực DS1307 30 Hình 2.10: Sơ đồ kết nối DS1307 31 Hình 2.11: Module WIFI ESP8266 31 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý khối đọc cảm biến 33 Hình 2.13: MH001848-Cảm biến độ ẩm đất 34 Hình 2.14: Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến độ ẩm đất 35 Hình 2.15: Cảm biến độ ẩm DHT11 36 Hình 2.16: Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý 36 Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý khối công suất 39 Hình 2.18: Ảnh thực tế PC817 40 Hình 2.19:Sơ đồ chân PC817 40 Hình 2.20:Sơ đồ kết nối PC817 41 Hình 2.21:Ảnh thực tế với ký hiệu IRFZ44 42 Hình 2.22: Ảnh thực tế Module chuyển nhiệt TEC1-12706 40X40mm 43 Hình 2.23:Ảnh thực tế RELAY 43 Hình 2.24: Cấu tạo RELAY 44 Hình 2.25: Cấu tạo transistor 45 Hình 2.26: Transistor 1815 45 Hình 2.27: Sơ đồ nguyên lý tổng quan 46 Hình 2.28: Bản vẽ thiết kế giá để nước chất dinh dưỡng 50 Hình 2.29: Mơ hình giá để nước chất dinh dưỡng thực tế 51 Hình 2.30: Bản vẽ thiết kế nhà kính 52 Hình 2.31: Mơ hình nhà kính thực tế 53 Hình 3.1: Sơ đồ board bố trí linh kiện mạch điều khiển 54 Hình 3.2: Sơ đồ board dây mạch điều khiển 54 Hình 3.3: Sơ đồ board bố trí linh kiện mạch cảm biến 55 Hình 3.4: Sơ đồ board dây mạch cảm biến 55 Hình 3.5: Sơ đồ 3D bố trí linh kiện mạch tổng quan 56 Hình 3.6: Sơ đồ board dây mạch tổng quan 57 Hình 3.7: Giao diện phần mềm lập trình 58 SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Hình 3.8: PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM 59 Hình 3.9: Giao diện phần mềm nạp PICKIT 60 Hình 3.10: Giao diện phần mềm điều khiển máy tính 61 Hình 3.11: Mơ hình hồn chỉnh hệ thống 62 SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các giai đoạn sinh trưởng nhu cầu độ ẩm lạc vào vụ đông 16 Bảng 1.2: Các giai đoạn sinh trưởng nhu cầu nhiệt độ lạc vào vụ đơng 17 Bảng 1.3: Nhu cầu phân bón, chất dinh dưỡng lạc vào vụ đông 17 SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền nơng nghiệp nước ta nơng 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 u cầu Có thể nói nơng học ngồi kĩ thuật trồng trọt tưới chất dinh dưỡng, nước khâu quan trọng trồng trọt, đểđảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới đúng, tưới đủtheo 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 chăm sóc dọc đường gây ùn tắc, an tồn giao thông Mặt khác nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tướiđang nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Thiết bị tướicũng đa dạng chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi khơng bù áp, dây tưới nhỏ giọt ) có thơng 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 tốn để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới chăm sóc 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 nhiệt độ môi trường, độ ẩm gốc, độẩm khơng khí cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm tạo điều kiện cho trồng hấp thu dinh SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp dưỡng khơng gây rửa trơi, thối hóa đất, khơng 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 nước chất dinh dưỡng cho tự động giúp cho người tưới chăm sóc cây, khơng phải tốn chi phí nhân công tưới nước, chất dinh dưỡng giám sát thời gian tưới Với hệ thống này, việc tưới tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa năm… Tất điều kiện đưa vào hệ thống tính tốn đưa thời gian xác để bơm nước chất dinh dưỡng Người lao động không cần phải quan tâm đến việc tưới chăm sóc cây, sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới chăm sóc phù hợp xác Lý chọn đề tài Hệ thống tưới chăm sóc tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) hệ thống thiết bị chăm sóc tốt đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tự động hình thức tưới nước chất dinh dưỡng hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng 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 chất dinh dưỡng tự động trở nên phổ biến với người nông dân nơng thơn với q 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 cơng việc nặng nhọc đòi hỏi xác cao SVTH: Đào Văn Nam Trang Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp 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 nơng 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 môi trường, độ ẩm đất, 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 điều khiển tự động chăm sóc cho lạc vụ đơng’’ Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới chăm sóc tự động, từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu chăm sóc trồng nước ta có phương án đạt hiệu cao 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 - Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mơ - Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn • Định hướng nghiên cứu SVTH: Đào Văn Nam Trang 10 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp { delay_ms(10); printf("Temp:%u\r\n",dh_nhiet_do); } else { delay_ms(10); printf("Can't read temp"); } } else if(strstr(string_in, AirHumi)) { if(DHT_GetTemHumi(&dh_nhiet_do,&dh_do_am)) { delay_ms(10); printf("Humi:%u\r\n",dh_do_am); } else { delay_ms(10); printf("Can't read humi"); } } SVTH: Đào Văn Nam Trang 97 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp else if(strstr(string_in, Check)) { delay_ms(10); printf("Ok\r\n"); } else if(strstr(string_in, rst)) { reset_cpu(); } clear_receiver_str(string_in); getch(); } } void main() { config_IO(); while(true) { wait_command(); } } +) Code chương trình đọc độ ẩm đất unsigned int16 adc[4]; SVTH: Đào Văn Nam Trang 98 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp unsigned int16 soil_humi[4]; unsigned int16 humi_offset=1024; void get_soid_humi() { int8 i=0; for(i=0;i