Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thống tưới cây café từ xa qua mạng điện thoại

LỜI NÓI ĐẦU Tới nay, đã 62 năm sau khi bóng bán dẫn được phát minh, linh kiện nhỏ bé tương ứng với trạng thái bật – tắt này đã thay đổi cả thế giới bằng sự có mặt trong mọi thiết bị điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỘNG TƯỚI CÂY

CAFÉ TỪ XA QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nhữ Khải Hoàn

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Đạt

Mã số sinh viên: 56135052

Khánh Hòa, ngày … tháng 07 năm 2018



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỘNG TƯỚI CÂY

CAFÉ TỪ XA QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nhữ Khải Hoàn

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Đạt

Mã số sinh viên: 56135052

Khánh Hòa, ngày … tháng 07 năm 2018



LỜI CAM ĐOAN

Tôi: Nguyễn Thành Đạt xin cam đoan:

 Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ

sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

 Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào

 Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tp Nha Trang, ngày….tháng….Năm 2018

Ký tên

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thộng

tưới cây café từ xa qua mạng điện thoại” em xin chân thành cảm ơn đến quý

Thầy, Cô giáo trong bộ môn, khoa Điện – Điện tử đã tận tình giảng dạy, cung cấp cho em nhiều kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường đại học Nha Trang

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo Nhữ Khải Hoàn đã trực tiếp

hướng dẫn đồ án cho em Cảm ơn Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, cung cấp những tài liệu, kinh nghiệm, bài học quý giá và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án này

Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất để em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Một lần nữa em xin kính chúc quý Thầy, Cô và mọi người luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và ngày càng thành công trong cuộc sống

Xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa,Ngày 03 Tháng 07 Năm 2018

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thành Đạt

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 3

1.2 Tính cấp thiết 3

1.3 Hướng giải quyết 4

1.4 Giới hạn đề tài 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG 7

2.1 Khái niệm về hệ thống tự động 7

2.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất 7

2.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng 8

2.4 Nhiệm vụ của thiết kế hệ hống tưới nước tự động 9

2.4.1 Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới 9

2.4.2 Thiết kế hệ thống tưới 10

2.4.3 Thiết kế hệ thống điện tử tự động 11

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 12

3.1 Giới thiệu chung về Arduino 12

3.2 Board arduino uno R3 13

3.3 Giới thiệu về module relay 12VDC 17

3.4 Module thời gian thực 18

3.5 I2C và LCD 21

3.6 Module Sim 800A 23

3.6.3 Khảo sát tập lệnh AT Command của Module SIM800A 26

3.6 Động cơ một chiều 24VDC 35

3.7 Nguồn adaptor 35

3.8 Arduino ide và lập trình cho arduino 37

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH, THI CÔNG MẠCH TRONG THỰC TẾ 40

4.1 Thiết kế 40

4.1.1 Yêu cầu thiết kế 40

4.1.2 Phương án thiết kế 40

4.2 Sơ đồ khối hệ thống 41

4.3 Sơ đồ mạch nguyên lý 42

4.3 Lưu đồ thuật toán 44

4.3 Thi công mạch 51

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 58

PHỤ LỤC 59

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Công nghệ đời sống 7

Hình 2.2: Tưới tiêu trong sản xuất 8

Hình 2.3: Cách bố trí thiết kế hệ thống 9

Hình 3.1: Những thành viên khởi xướng Arduino 12

Hình 3.2 Mạch Arduino 13

Hình 3.3: Vi điều khiển Atmega328 14

Hình 3.4: Các chân của Arduino 15

Hình 3.5: Module relay 12VDC 17

Hình 3.6: Module thời gian DS1307 18

Hình 3.7: Sơ đồ chân DS1307 19

Hình 3.8: Sơ đồ chân IC24c32 20

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý DS1307 20

Hình 3.10: Sơ đồ nối dây của Module DS1307 với Arduino 21

Hình 3.11: Hình ảnh I2C 21

Hình 3.12: Hình ảnh về LCD 23

Hình 3.13: Module Sim800A 24

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý Sim800A 25

Hình 3.15: Cấu hình mặc định cho SIM800A 28

Hình 3.16: cấu hình xóa tin nhắn sim 800A 29

Hình 3.17: cấu hình gọi cho sim 800A 30

Hình 3.18: cấu hình đọc tin nhắn 32

Hình 3.19: Cấu hình gửi tin nhắn 34

Hình 3.20: máy bơm nước 1,2A, 24V 35

Hình 3.21: Adaptor 24V, 1.2A 36

Hình 3.22: Giao diện app Arduino 37

Hình 3.23: ý nghĩa nút lệnh 37

Hình 3.24: Kiểm tra COM, PORT 39

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống 41

Hình 4.2: Sơ đồ mạch nguyên lý 42

Hình 4.3: Lưu đồ giải thuật chương trình chính 44

Hình 4.4: Lưu đồ bật tắt máy bơm bằng nút nhấn 45

Hình 4.5: Lưu đồ chương trình xử lý dữ liệu từ Module Sim 46

Hình 4.6: Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn đến 46

Hình 4.7: Lưu đồ gửi tin nhắn 47

Hình 4.8: Lưu đồ xử lý cuộc gọi 48

Hình 4.9: Lưu đồ chương trình hẹn giờ 49

Hình 4.10: Lưu đồ chương trình tắt máy bơm 50

Hình 4.11: Mô hình ban đầu 51

Hình 4.12: Mô hình khi hoàn thiện 51

Hình 4.13: Hình ảnh khi đang đo đạc kiểm tra mạch 52

Hình 4.14: Kiểm tra Code Arduino 53

Hình 4.15: Kiểm tra Code Thời gian thực 53

Hình 4.16: Mạch khi hoàn thiện 54

Hình 4.17: Kiêm tra mạch khi hoàn thiện 54

Hình 4.18: Cú pháp tin nhắn 55

Hình 4.19: Cuộc gọi đến 56

Hình 4.20: Khi đúng cú pháp 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduino 14

Bảng 3.2: Thông số chức năng của module relay 17

Bảng 3.4: Thông tin kỹ thuật Module DS1307 18

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật máy bơm 35

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật Adaptor 36

LỜI NÓI ĐẦU

Tới nay, đã 62 năm sau khi bóng bán dẫn được phát minh, linh kiện nhỏ bé tương ứng với trạng thái bật – tắt này đã thay đổi cả thế giới bằng sự có mặt trong mọi thiết

bị điện tử hiện đại như điện thoại di động, máy tính, máy nghe nhạc… Những máy tính điện tử đầu tiên như ENIAC dùng các ống chân không, tương tự như bóng đèn điện, để tính toán Máy tính đặt trong một phòng lớn và cần nhiều chuyên viên vận hành Ngày nay công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn có những phát triển thực sự bùng

nổ, đậm nét để hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ thông tin, và sự tự động hóa trong công nghiệp … Với độ tích hợp ngày càng cao, công suất tiêu tán bé hơn, thông minh hơn, nó đã làm thay đổi hẳn cấu trúc của nền công nghiệp hiện tại

Chính sự phát triển vượt bậc đó của công nghệ bán dẫn và những ứng dụng triệt

để, không ngừng của nó và của khoa học kĩ thuật tiên tiến đã và đang làm thế giới của chúng ta thay đổi từng ngày theo hướng hiện đại hơn, văn minh hơn … Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ Đó là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Chính vì lẽ đó mà ngày nay điện tử trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ, đa chức năng Công nghệ điện tử đã trở thành một lĩnh vực không thể thiếu trong thế giới hiện đại Điện tử đã và đang đáp ứng những nhu cầu, những đòi hỏi ngày càng cao và không ngừng từ tất cả các lĩnh vực như công – nông – ngư – nghiệp cho đến những nhu cầu thiết yếu đời sống hàng ngày của con người

Một trong những ứng dụng rất quan trọng và khá đặc trưng của công nghệ điện tử

là kỹ thuật tự động điều khiển từ xa Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của đời sống Công nghệ điện

tử trở thành một khâu mấu chốt trong hệ thống thông tin liên lạc Các ứng dụng của

nó trong hệ thống thông tin liên lạc vào các lĩnh vực văn hóa, kinh tế, khoa học, đặc biệt là khoa học không gian ngày càng phổ biến rộng rãi và giữ một vai trò không thể thiếu Chính vì thế mà xã hội loài người đã phát triển không ngừng Thêm vào đó là trong những năm gần đây, mạng internet đã phát triển mạnh mẽ, do bởi có nhiều nhà cung cấp dịch vụ ra đời, bên cạnh đó máy tính ngày càng có chất lượng được cải tiến đồng thời giá thành vừa phải đối với mọi tầng lớp xã hội tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu nhiều mặt của con người

Hiện nay, do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bị tự động của người dân ngày càng tăng Đồng thời, mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp và các thiết bị điện thoại di động ngày càng có mức giá phù hợp với mọi người dân Đó là những mặt thuận lợi của việc hình thành ý tưởng điều khiển các thiết bị bằng cách sử dụng các tin nhắn SMS Đây là một hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm được nhiều thời gian cho việc điều khiển thiết bị, vừa tiết kiệm chi phí cho việc lặp đặt khi sử dụng

Trên cơ sở kiến thức đã được học và tìm hiểu về các môn học suốt những năm học vừa rồi, cùng với sự tìm hiểu của em về các thiết bị điện tử, em đã quyết định xin

được thực hiện đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thộng tưới cây café từ xa

qua mạng điện thoại do thầy Nhữ Khải Hoàn hướng dẫn

Đề tài gồm các nội dung như sau:

Chương I: Dẫn nhập và cơ sở lý thuyết

Chương II: Giới thiệu tổng quát về tưới tiêu tự động

Chương III: Giới thiệu các phần trong mạch điện tử

Chương IV: Thiết kế, lập trình, lắp đặt mạch trong thực tế

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp Trong nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể Với sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài mong đợi như năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn

có thể trồng những loại cây mà từ trước không phải là truyền thống của vùng miền

Ở Việt Nam, việc trồng trọt phát triển nhanh chóng, đem lại lợi ích cao cho người nông dân Tuy nhiên, do chi phí đầu tư cao nên việc ứng dụng chỉ hạn chế trong các nông trang lớn có khả năng về kinh tế, hoặc chỉ điều khiển ở dạng bán tự động nên vẫn cần nhiều nhân công trong việc điều khiển vì hầu hết các trang thiết bị điều khiển đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành cao Do đó cần phải có hướng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo những thiết bị này ngay ở trong nước để giảm chi phí, phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân và điều kiện môi trường ở Việt Nam

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lâp trình và thiết kế, nhất là đối với những người bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại

vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí Chính vì những lý do như vậy Arduino hiện đang dần phổ biển và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới

Với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó có điều khiển tự động, điều khiển từ xa đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật Thêm vào đó, ngày nay hệ thống mạng điện thoại di động và các thiết bị điện thoại di động ngày càng được phổ biến trong cuộc sống Cùng với đó là nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng Từ đó đã hình thành ý tưởng

về việc điều khiển thiệt bị tự động tưới tiêu thông qua tin nhắn SMS

1.2 Tính cấp thiết

Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách chủ quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao Ngoài ra trên những tuyến phố ở khu vực trung tâm thành phố chúng ta vẫn bắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây ùn tắc, mất an toàn giao thông

Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày được áp dụng càng nhiều Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, dây tưới nhỏ giọt) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều nước như Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, sẽ rất thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình Việc tính toán để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới theo nông học cây trồng và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao là việc cần thiết cho việc phát triển trên diện rộng của hệ thống tưới này Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm gốc, độ ẩm lá và không khí cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước

Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp cho con người không phải tưới cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước cũng như giám sát thời gian tưới cây Với hệ thống này, việc tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều kiện

đó sẽ được đưa vào hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm 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 và chính xác hơn

1.3 Hướng giải quyết

Ngoài phương pháp tưới thủ công, các phương pháp tưới còn lại đều cần được thiết kế, tính toán các thông số cho phù hợp Nhìn chung, các phương pháp tưới có dùng ống đều có cùng nguyên lý tính toán trên cơ sở qua các môn học đó là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp với loại cây trồng, diện tích,

địa hình vùng tưới Từ các thông số này, ta sẽ tính toán đường kính ông chính, ống phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy trong ống, áp lực nước trong ống, tính toán chiều dài của các loại ông, các chi tiết nối nhỏ (co ,tê ,van , vv) số lượng các bét phun, bét để chân, ống dẫn, đến gốc vv… và cuối cùng là lập bảng tổng hợp số lượng các loại vật

tư, tính toán chí ít mua vật tư, tiền công xây lắp vv

Sau khi tính toán toán xong chúng ta bắt đầu thiết kế bộ xử lý trung tâm để điều khiển hệ thống tưới tiêu như:

1.4 Giới hạn đề tài

Để thực thi điều khiển hệ thống thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS áp dụng cho tưới tiêu cây café hoàn chỉnh thì rất là phức tạp và tốn kém Để đáp ứng việc điều khiển toàn bộ các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức về cây trồng, máy móc, đo đạc tính toán, khả năng lập trình nhất định để làm một hệ thống hoàn chỉnh với lượng thời gian và kiến thức có hạn, trong đề tài này em chỉ thực thi được một phần của hệ thống hoàn chỉnh Đó là tưới tiêu cây café bằng cú pháp tin nhắn hoặc gọi điện, hẹn giờ tưới cho cây trồng, đặt báo giờ tưới, tưới theo cấp độ mạnh nhẹ, chế độ báo cho biết hệ thống đang được hoạt động, chế độ hoạt động dự phòng thông qua nút nhấn

Với những gì đã trình bày trên, em đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và thực hiện và dự kiến đạt được các mục tiêu như sau:

 Nắm vững được nguyên lý hoạt động của điều khiển từ xa thông qua điện thoại

 Chế tạo một bộ điều khiển tưới tiêu cây café từ xa bằng module sim qua sóng điện thoại

 Cũng cố những kiến thức đã được học tại trường và bổ sung thêm những kiến thức mới

 Hoàn thành báo cáo, tìm hiểu và tìm hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG

2.1 Khái niệm về hệ thống tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người

Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống khác

Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến như:

 Hệ thống điều hoà không khí

 Hệ thống điều chỉnh độ ẩm

 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

2.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất

Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơ giới hóa và điện khí hóa Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu

và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng, giá thành

Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn hóa

và hoán đổi sản xuất

Hình 2.1: Công nghệ đời sống

Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn ứng dụng phục vụ đời sống con người Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việc tinh vi hiện đại…Còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng dụng phục vụ nhu cầu đời sống Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta

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

Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa Toàn

bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản lượng…

Hình 2.2: Tưới tiêu trong sản xuất

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 nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần

tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước đông nam á trong đó có Việt Nam

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào

2.4 Nhiệm vụ của thiết kế hệ hống tưới nước tự động

Hình 2.3: Cách bố trí thiết kế hệ thống

Thiết kế hệ thống tưới cây tự động cần đòi hỏi phải có một số thông tin về các vật tư thiết bị, về bộ vi xử lí, các bộ cảm biến, bộ điều khiển đóng cắt… Vậy nên việc đặt ra bài toán thiết kế là rất cần thiết

2.4.1 Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới

Để thiết kế hệ thống tưới nước cho cây trồng, cần quan tâm đến các vấn đề sau:

 Hình dạng vùng tưới

 Diện tích vùng tưới

 Số cây cần cung cấp nước tưới

 Nhu cầu nước của loại cây Café (lit/ngày)

 Địa hình khu tưới

Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, không có cách nào khác hơn là phải

đo đạc Khoảng cách giữ các cây cũng là yếu tố tạo nên chất lượng yêu cầu đề ra Khoảng cách cũng tạo ra sự chênh lệch lượng nước tới nếu không đều chênh lệch cũng cao tạo sản phẩm kém Với diện tích quy hoạch như nào chúng ta nên đo chính xác vừa đủ với lưu lượng nước chúng ta cần tưới phù hợp với công suất bơm [11]

2.4.2 Thiết kế hệ thống tưới

a, Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới và khả năng cung cấp nước:

Tùy thuộc loại cây trồng, ta xác định lần tưới và nhu cầu nước cho mỗi lần tưới

Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính của cây trồng và khả năng giữ ẩm của đất Ta chỉ cần tính toán gần đúng thông số về lần tưới dùng để tính toán nguồn nước

Trong sản xuất, sẽ dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho phù hợp Nhu cầu nước/lần tưới là thông số quan trọng để tính toán, thiết kế hệ thống tưới và tính toán nguồn nước Chuyên ngành thủy lợi có bảng tra nhu cầu nước cho các loại cây trồng/vụ hoặc ngày hoặc có thể tra nghiên cứu trên mạng; tuy nhiên người trồng cũng có nhiều kinh nghiệm thực tế để xác định nhu cầu nước tưới cho mỗi loại cây trồng Trong thực tế, nhu cầu nước của cây trồng ít hơn nhiều so với lượng nước ta cung cấp; do vậy mà lượng nước tưới tùy thuộc vào phương pháp tưới Thông thường nhu cầu nước tưới cho một cây cần tưới giao động từ 5-10 lít (tưới nhỏ giọt); 15-20 lít (tưới phun tia) 30 đến 40 lít nước (tưới rãnh, tưới phun mưa)

Từ xác định được nhu cầu nước của cây cho mỗi lần tưới, số lần tưới/tháng, số tháng cần tưới, ta xác định được nhu cầu nguồn nước tưới [11]

b, Phân chia khu tưới:

Nếu bạn chỉ tưới cho diện tích nhỏ trở lại thì chỉ là 1 khu tưới; nhưng nếu diện tích tưới lớn hơn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới Nếu chi khu tưới quá lớn, công suất máy bơm và đường kính ống dẫn nước chính sẽ tăng lên rất lớn dẫn đến không có hiệu quả kinh tế

Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên bản vẽ thể hiện rõ hình dáng, diện tích từng khu tưới, kích thước các cạnh của khu tưới, vẽ các hàng cây và chiều dài mỗi hàng cây, từ đó ta sẽ tính được số lượng cây trồng cho mỗi khu tưới, tính ra đường kính, chiều dài của đường ống chính [11]

c, Tính toán đường ống chính:

Đường ống chính tải nước tưới đến từng khu tưới và cho cả vùng tưới, do đó, ta phải tính toán được chiều dài và đường kính ống phù hợp và cả áp lực để chọn loại ống phù hợp (lớn quá sinh thừa – tốn tiền vô ích, ống nhỏ quá không cung cấp đủ nước cho khu tưới, ống kém dễ hỏng dẫn đến tốn kém….)

Ngoài ra, cần tính vị trí lắp đặt đường ống chính và chuyển nó lên bản vẽ Thông thường nếu khu tưới có địa hình thấp dần thì ta bố trí đường ống chính đi theo

cạnh có cao độ lớn nhất của khu tưới, nhờ đó khi xả nước ra khỏi đường ống chính, nước sẽ khuynh hướng chảy từ nơi cao đến nơi thấp tới có lợi về năng lượng

Nếu đất tương đối bằng phẳng hoặc gợn sóng nhô cao ở giữa đồng đất thì nên

bố trí đường ống chạy dọc theo các đỉnh cao xuyên qua đồng đất để chia nước tưới về hai phía

 Tính chiều dài đường ống chính:

Dùng thước kẻ ly đo tổng chiều dài đường ống chính trên bản vẽ, nhân với tỷ lệ bản vẽ để xác định tổng chiều dài thực của đường ống chính

 Tính toán đường kính của đường ống chính:

Để tính toán được kích thước của đường ống chính ta cần xác định tổng nhu cầu nước tưới cho một lần tưới cho khu tưới lớn nhất của vùng tưới Căn cứ vào chiều dài của mỗi hàng ta tính được số cây/hàng bằng công thức:

Số cây/hàng = chiều dài hàng chia cự ly trồng (cây cách cây) + 1 [11]

2.4.3 Thiết kế hệ thống điện tử tự động

Hệ thống điện tử phải đầy đủ chức năng đáp ứng cho quá trình tưới tiêu tự động Thiết bị phải hoạt động ổn định, tưới nước đúng thời gian yêu cầu tiện lợi cho

người dùng dễ dàng sử dụng Báo hiệu cho người dúng tình trạng hoạt động của hệ thống

Để đáp ứng được nhu cầu đó cần nắm vững nguyên lý hoạt động cũng như chức năng của từng module sử dụng trong hệ thống

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Giới thiệu chung về Arduino

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về độ phổ biến

Hình 3.1: Những thành viên khởi xướng Arduino

Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino MEGA ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác [11]

Arduino thật ra là một board mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, đọng cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã

có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác với điều khiển chừng

ấy thiết bị

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King arduino Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm

2005 như một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi,

là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ

để tham quan nơi đã sinh ra Arduino [13]

3.2 Board arduino uno R3

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen,

lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ (Mạch Arduino Uno R3)

Mạch Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người mới bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất [7], [13]

Hình 3.2 Mạch Arduino

 Một vài thông số kỹ thuật của Arduino:

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduino

Vi điều khiển Atmega328 họ 8 bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Điện áp vào khuyên dùng 7 - 12V DC

Điện áp vào giới hạn 6 – 20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Hình 3.3: Vi điều khiển Atmega328

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều

khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, …

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nGuồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO

 Các cổng vào ra

Hình 3.4: Các chân của Arduino

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có

2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn

dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là

50mA

 V-in (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối

cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể

được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương

đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

 Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận

(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết

bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM

với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài

các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi

bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên

board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện

áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit [13]

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

3.3 Giới thiệu về module relay 12VDC

Hình 3.5: Module relay 12VDC

Module sử dụng Relay tốt, đảm bảo hoạt động ổn định, lâu dài Trên module có opto để cách ly dòng ngược về, hiệu suất ổn định Có thể set các mức cao thấp bằng cách thiết lập jumper trên module Có Led báo nguồn màu xanh, Led báo trạng thái Relay màu đỏ Kết nối module với mạch điều khiển đơn giản [5]

Bảng 3.2: Thông số chức năng của module relay

IN Có thể set mức cao hoạt thấp để điều khiển

Relay

Bảng 3: Thông số kỹ thuật của module relay

Điện áp tải maximum AC 250V/10A, DC 30V/10A

Bốn lỗ Via để bắt ốc đường kính 3.1mm

Relay tích cực mức thấp

3.4 Module thời gian thực

Hình 3.6: Module thời gian DS1307

Module thời gian thực DS1307 (RTC) có chức năng lưu trữ thông tin ngày tháng năm cũng như giờ phút giây, nó sẽ hoạt động như một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ liệu ra ngoài qua giao thức I2C Module được thiết kế kèm theo một viên pin đồng hồ có khả năng lưu trữ thông tin lên đến 10 năm mà không cần cấp nguồn 5V từ bên ngoài Module đi kèm với EEPROM AT24C32 có khả năng lưu trữ thêm thông tin lên đến 32KBit Giao thức I2C cho phép đếm, giây, phút, giờ, ngày trong tuần, trong tháng và năm Sẵn pin backup, cho phép duy trì thời gian ngay cả khi mất điện [2]

Bảng 3.4: Thông tin kỹ thuật Module DS1307

Nguồn cung cấp: 5VDC

Khả năng lưu trữ 32K bit với EEPROM AT24C32

Sử dụng giao thức 2 dây I2C

Lưu trữ thông tin giờ phút giây AM/PM

Lịch lưu trữ chính xác lên đến năm 2100

Có pin đồng hồ lưu trữ thông tin

Có ngõ ra tần số 1Hz

 Sơ đồ nguyên lý:

 Về IC DS1307 (IC real time)

 Đây là IC thời gian thực (RTC – real time clock), chức năng như tên gọi

là mô phỏng thời gian thực tế mà chúng ta đang dùng

 DS1307 có 7 thanh ghi 8bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ, ngày, tháng, năm

 DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống

 Vbat nối với nguồn ngoài 3V để nuôi IC

 GND là chân Mass chung cho cả nguồn ngoài 3V và Vcc

 Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C, thường là 5V và dùng chung với VĐK Chú ý: nếu Vcc k đc cấp mà Vbat đc cấp thì DS1307 vẫn hoạt động nhưng k có khả năng đọc / ghi

 SQW / OUT: ngõ phụ tạo xung vuông, tần số của xung đc tạo ra có thể lập trình đc (chức năng chân này k liên quan đến chức năng của DS1307

là đồng hồ thời gian thực, nên ta bỏ qua)

 2 chân SCL và SDA là chân của giao tiếp I2C

 Về Ic 24c32

Hình 3.8: Sơ đồ chân IC24c32

Đây là IC EEPROM có dùng để lưu code, có khả năng nạp/ xóa, giao tiếp theo chuẩn I2C

 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý DS1307

Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi

là I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây là đường Bus giao

rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor Bus I2C được

sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự (DAC), IC điểu khiển LCD,

LED [13]

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:

Một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do Master phát đi (thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz) Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng

Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hãy tớ (slave)

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ Tại sao lại có sự phân biệt này?

Đó là vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ-tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp

Về lý thuyết lẫn thực tế I2C sử dụng 7bit để định địa chỉ, do đó trên một bus có thể có tới 27 địa chỉ tương ứng với 128 thiết bị có thể kết nối, nhưng chỉ có 112, 16 địa chỉ còn lại được sử dụng vào mục đích riêng Bit còn lại quy định việc đọc hay ghi dữ liệu (1 là write, 0 là read)

Điểm mạnh của I²C chính là hiệu suất và sự đơn giản của nó: một khối điều khiển trung tâm có thể điều khiển cả một mạng thiết bị mà chỉ cần hai lối ra điều khiển [13]

 Về LCD

Hình 3.12: Hình ảnh về LCD

Màn hình LCD 16×2 (LCD1602) là màn hình ký tự đơn sắc, hiển thị các chữ

cái ASCII với 2 dòng và 16 cột, hiển thị được 32 ký tự đồng thời

3.6 Module Sim 800A

3.6.1 Tổng quan về tin SMS

SMS là từ viết tắt của Short Message Service Đó là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau Dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140byte (1120 bit) dữ liệu

Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa:

 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7bit được sử dụng

 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16bit Unicode UCS2 được sử dụng

Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc [10]

3.6.2 Giới thiệu về Module Sim800A

Một modem GSM là một modem wireless, nó làm việc cùng với một mạng wireless GSM Một modem wireless thì cũng hoạt động giông như một modem quay

số Điểm khác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận dữ liệu thông qua một đường dây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì việc gửi nhận dữ liệu thông qua sóng

Giống như một điện thoại di động GSM, một modem GSM yêu cầu 1 thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động

Module SIM 800A là một trong những loại modem GSM Nhưng Module SIM 800A được nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó sử dụng công nghệ GSM/GPRS hoạt động ở băng tầng EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz và có tính năng GPRS của Sim 800A [10]

Hình 3.13: Module Sim800A

Mạch GSM Sim800A sử dụng với nhiều ưu điểm về độ ổn định và upgrade một

số chức năng mới như nhận biết keytone, …

Mạch GSM Sim800A được thiết kế nhỏ gọn với chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo được khả năng hoạt động tốt Mạch được thiết kế ra các chân cơ bản của SIM800A, tích hợp khe cắm Micro Sim và Anten GSM Ipex đi kèm

Mạch GSM Sim800A được thiết kế với Diod giảm áp đầu vào và tụ Tanalum dung lượng cao giúp bạn có thể sử dụng với nguồn trực tiếp 5VDC và không cần dòng cao (ví dụ nguồn 5VDC từ arduino), tuy nhiên điều này không được khuyến kích khi

sử dụng trong thời gian dài [10]

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý Sim800A

 Thông số kỹ thuật:

 IC chính: Module GSM Sim800A

 Nguồn cấp: 4.5-5V, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500mAh trở lên (như cổng USB, nguồn từ Board Arduino) Khuyên dùng nguồn 2A

để đảm bảo hiệu suất hoạt động của SIM

 Tích hợp Khe Micro Sim

 Tích hợp led báo trạng thái Sim800A

 Tích hợp tụ bù điện dung cao và Diod giảm áp để có thể cấp 5VDC và nguồn dòng thấp

 Toàn bộ chế độ (ETS 06.10)

 Toàn bộ chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80)

 Loại bỏ tiếng dội

 Giao tiếp nối tiếp và sự ghép nối:

 Cổng nối tiếp: 8 Cổng nối tiếp (ghép nối)

 Cổng kết nối có thể Sd với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh ATCommand tới module điều khiển

 Cổng nối tiếp có thể Sd chức năng giao tiếp

 Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS

 Cổng hiệu chỉnh lỗi: 2 cổng nối tiếp TXD và RXD

 Cổng hiệu chỉnh lỗi chỉ sử dụng sữa lỗi

 5V: Nguồn dương cấp 4.5~5VDC nuôi Module Sim800A hoạt động

 BAT: Nếu sử dụng pin Lion 3.7VDC thì dùng chân này để cấp nguồn

 DTR: Chân chức năng của Module SIM800A, có thể không sử dụng

 TXD: Chân truyền Uart TX

 RXD: Chân nhận Uart RX

 LL: Chân Linein_L của Sim800, có thể không sử dụng

 LR: Chân Linein_R của Sim800, có thể không sử dụng

 McN: Chân Mic_N của Sim800, có thể không sử dụng

 McP: Chân Mic_P của Sim800, có thể không sử dụng

3.6.3 Khảo sát tập lệnh AT Command của Module SIM800A

Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT là một cách viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay

“at” Đó là lý do tại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT Nhiều lệnh của nó được sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-up modems), chẳng hạn như ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to online data state), cũng được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động [10]

Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM

Nó bao gồm các lệnh liên quan tới SMS như AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS) Ngoài ra, các modem GSM còn hỗ trợ một bộ lệnh AT mở rộng Những lệnh AT mở rộng này được định nghĩa trong các

chuẩn của GSM Với các lệnh AT mở rộng này có thể làm một số thứ như sau:

 Đọc, viết, xóa tin nhắn

 Gửi tin nhắn SMS

 Kiểm tra chiều dài tín hiệu

 Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ

Số tin nhắn SMS có thể được thực thi bởi một modem SMS trên một phút thì rất thấp, nó chỉ khoảng từ 6 đến 10 tin nhắn SMS trên 1 phút

Trong khuôn khổ của đồ án em chỉ tìm hiểu 1 số tập lệnh cơ bản phục vụ cho công việc của mình Sau đây em xin giới thiệu 1 số tập lệnh cơ bản để thao tác dùng cho dịch vụ SMS, bao gồm:

 <LF>: Line Feed (0x0A)

 MT: Mobile Terminal: Thiết bị đầu cuối mạng (chính là module)

 TE: Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối (chính là vi điều khiển)

a, Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem

Hình 3.15: Cấu hình mặc định cho SIM800A

(1) ATZ <CR> reset modem, kiểm tra modem đã hoạt động bình thường chưa Gửi nhiều lần cho chắc ăn, cho đến khi mà nhận được chuỗi: ATZ<CR><CR><LF>OK<C><LF>

(2) ATE0<CR> tắt chế độ TE cho lệnh Chuỗi trả về có dạng:

(4) AT&W<CR> Lưu cấu hình cài đặt được thiết bị bởi các tập lệnh AET0 và AT+CLIP vào bộ nhớ

(5) AT+CMGF=1<CR> Thiết lập quá trình truyền nhận tin nhắn được thực hiện ở chế độ text (mặc định là ở chế độ PDU) Chuỗi trả về sẽ có dạng:

(7) Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh AT+CMGF và AT+CNMI

b, Delete tin nhắn trong SIM

(1) AT+CMGD=1

Xóa tin nhắn ở vùng nhớ 1 trong SIM

Chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR>><LF>OK<CR><LF>

(2) AT+CMGD=2

Lệnh này được dùng để xóa tin nhắn được lưu trong ngăn số 2

Hình 3.16: cấu hình xóa tin nhắn sim 800A

Có thể hình dung bộ nhớ lưu tin nhắn trong SIM bao gồm nhiều Mỗi ngăn được đại diện bằng một số thứ tự Khi nhận được tin nhắn mới, nội dung tin nhắn sẽ được lưu trong một ngăn trống có số thứ tự nhỏ nhất có thể

Việc xóa nội dung tin nhắn ở hai ngăn 1 và 2 cho phép tin nhắn nhận được luôn được lưu vào trong hai ô nhớ này, giúp dễ dàng xác định vị trí lưu tin nhắn vừa nhận được, và giúp cho việc thao tác với tin nhắn mới nhận được trở nên dễ dàng và đơn giản hơn, giảm khả năng việc tin nhắn mới nhận được bị thất lạc ở vùng nhớ nào đó

mà ta không kiểm soát được

Ngoài ra, khi bộ nhớ chứa tin nhắn đầy, MT sẽ không được phép nhận thêm tin nhắn mới nào nữa Những tin nhắn được gửi đến MT trong trường hợp bộ nhớ chứa tin nhắn được gửi đến MT trong trường hợp bộ nhớ chứa tin nhắn của MT đã được đầy sẽ được lưu trên tổng đài, và sẽ được gửi đến MT sau khi bộ nhớ chứa tin nhắn của MT

có xuất hiện những ngăn trống dùng để chứa tin nhắn Việc xóa nội dung tin nhắn trong các ngăn 1 và 2 sẽ giúp đảm bảo khả năng nhận thêm

tin nhắn mới của MT 1.3.3 Thực hiện cuộc gọi

c, Thực hiện cuộc gọi

Hình 3.17: cấu hình gọi cho sim 800A

(1) ATDxxxxxxxxxx;<CR> Quay số cần gọi

(2) Chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR><LF>OK<CR><LF>

Chuỗi này thông báo lệnh trên đã được nhận và đang được thực thi Sau

đó là những chuỗi thông báo kết quả quá trình kết nối (nếu như kết nối không được thực hiện thành công)

(2A) Nếu MT không thực hiện được kết nối do sóng yếu, hoặc không có sóng (thử bằng cách tháo antenna của modem GSM), chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR>LF>NO DIAL TONE<CR><LF>

(2B) Nếu cuộc gọi bị từ chối bởi người nhận cuộc gọi, hoặc số máy đang gọi tạm thời không hoạt động (chẳng hạn như bị tắt máy) chuỗi trả về có dạng: <CR><LF>NO CARRIER<CR><LF>

(2C) Nếu cuộc gọi không thể thiết lập được do máy nhận cuộc gọi đang bận (ví dụ như đang thông thoại với một thuê bao khác), chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR><LF>BUSY<CR><LF>

(4s) Tổng thời gian từ lúc modem nhận lệnh cho đến lúc nhận được chuỗi trên thông thường là 4 giây

(2D) Nếu sau 1 phút mà thuê bao nhận cuộc gọi không bắt máy, chuỗi trả về

sẽ có dạng: <CR><LF>NO ANSWER<CR><LF>(60s)

(3) Trong trường hợp quá trình thiết lập cuộc gọi diễn ra bình thường, không có chuỗi thông báo nào (2A, 2B, 2C hay 2D) được trả về, và chuyển sang giai đoạn thông thoại

Quá trình kết thúc cuộc gọi được diễn ra trong hai trường hợp:

(4A) Đầu nhận cuộc gọi gác máy trước, chuỗi trả về sẽ có dạng: