Để giải quyết những vấn trên con đường lựa chọn tối ưu là ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong đó tự động hoá đóng vai trò vô cùng quan trọng về mặt kỹ thuật phục vụ sản
Trang 1MỤC LỤC
Trang LỜI MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2
1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu 2
1.5 Giới hạn đề tài 2
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG 3
2.1 Khái niệm về thống tưới tự động 3
2.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất 3
2.3 Ứng dụng tự động hóa trong tưới tiêu cây trồng 4
2.4 Một số phương pháp tưới hiện nay 4
2.4.1 Tưới phun mưa 4
2.4.2 Tưới phun sương 5
2.4.3 Phương pháp tưới nhỏ giọt 6
Chương 3: GIỚI THIỆU MODULE SIM900A VÀ TẬP LỆNH AT 9
3.1 Tổng quan về tin nhắn SMS 9
3.2 Giới thiệu module Sim900A 9
3.2.1 Tổng quan về module Sim900A 9
3.2.2 Thông số kỹ thuật Sim900A 10
3.3 Khảo sát tập lệnh AT COMMAND 12
3.3.1 Khởi tạo cấu hình mặc định cho Sim900A 13
Trang 23.3.2 Đọc tin nhắn 16
3.3.3 Gửi tin nhắn 17
Chương 4: TỔNG QUAN VỀ PIC18F4550 VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 19
4.1 Lịch sử phát triển vi điều khiển PIC 19
4.2 Các dòng vi điều khiển PIC 20
4.3 Ngôn ngữ lập trình cho PIC 20
4.4 Mạch nạp cho PIC 20
4.5 Vi điều khiển PIC18F4550 21
4.5.1 PIC18F4550 21
4.5.2 Sơ đồ chân PIC18F4550 22
4.5.3 Sơ đồ khối PIC18F4550 25
4.5.4 Những module chính sử dụng trong đề tài 26
4.5.4.1 Bộ dao động PIC18F4550 26
4.5.4.2 Các PORTD I/O 28
4.5.4.3 Giao tiếp UART PIC18F4550 29
4.5.4.4 Giao tiếp I2C PIC18F4550 31
4.6 Các linh kiện sử dụng trong đề tài 33
4.6.1 IC thời gian thực DS1307 33
4.6.2 LCD 20x4 35
4.6.3 Module mạch cầu H 37
4.6.4 Cảm biến độ ẩm đất 39
4.6.5 Máy bơm Mini 12V 40
Chương 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 41
5.1 Sơ đồ khối hệ thống 41
5.2 Lưu đồ giải thuật của hệ thống 43
5.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 44
5.3.1 Khối nguồn 44
5.3.2 Khối xử lý chính 44
5.3.3 Khối thời gian thực 45
Trang 35.3.4 Khối hiển thị 45
5.3.5 Khối Rơle điều khiển 46
5.3.6 Khối nút nhấn 46
5.4 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển 46
5.5 Thiết kế hệ thống 47
5.5.1 Mạch điều khiển 47
5.5.2 Hệ thống thực tế 47
Chương 6: KẾT LUẬN 48
6.1 Kết quả đạt được 48
6.2 Ưu điểm của hệ thống 48
6.3 Nhược điểm của hệ thống 48
6.4 Hướng phát triển của đề tài 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49
PHỤ LỤC 50
Trang 4DANH MỤC HÌNH Hình 2 1 - Phương pháp tưới phun mưa
Hình 2.1 - Phương pháp tưới phun sương
Hình 2.2 - Phương pháp tưới nhỏ giọt
Hình 3 1 - Module SIM900A
Hình 3 2 - Các chân tín hiệu của Module Sim900A Hình 3 3 - Sơ đồ chân SIM900A
Hình 3 4 - Cấu hình mặc định cho Sim900A
Hình 3 5 - Cấu hình xóa tin nhắn SIM900A
Hình 3 6 - Cấu hình đọc tin nhắn SIM900A
Hình 3 7 - Cấu hình gửi tin nhắn SIM900A
Hình 4 1 - Hình ảnh thực tế PIC18F4550
Hình 4 2 - Sơ đồ chân PIC18F4550
Hình 4 3 - Sơ đồ khối vi điều khiển PIC18F4550 Hình 4 4 – Sơ đồ khối bộ dao động PIC18F4550 Hình 4 5 - Cấu tạo của chân GPIO
Hình 4 6 - Sơ đồ khối bộ truyền của module UART Hình 4 7 - Sơ đồ khối của module nhận UART Hình 4 8 - Cấu trúc khối I2C trong PIC
Hình 4 9 - IC thời gian thực DS1307
Hình 4 10 - LCD 20x4
Hình 4 11 - Module mạch cầu H
Hình 4 12 - Chức năng các ngõ ra của mạch cầu H Hình 4 13 - Cảm biến độ ẩm đất
Hình 4 14 - Máy bơm Mini 12V
Hình 5 1 - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Hình 5 2 - Sơ đồ nguyên lý khối xử lý chính
Trang 5Hình 5 3 - Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực Hình 5 4 - Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
Hình 5 5 - Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển Rơle Hình 5 6 - Sơ đồ nguyên lý nút nhấn
Hình 5 7 - Sơ đồ mạch in mạch điều khiển
Hình 5 8 - Mạch điều khiển thực tế
Hình 5 9 - Hệ thống thực tế
Trang 6DANH MỤC BẢNG Bảng 4 1 - Hệ thống chức năng các chân của PIC18F4550
Bảng 4 2 - Bảng chức năng các chân của LCD
Trang 7DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SMS: Short Message Service
UCS: Universal Coded Character Set
GSM: Global System for Mobile Communications
GPRS: General Packet Radio Service
AT: ATtention
PIC : Peripheral Interface Controller
UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
I2C: Inter-Intergrated Circuit
SCL: Serial Clock Input
SDA: Serial data input/out
ADC: Analog Digital Converter
CCP Capture/Compare/PWM
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read – Only Memory
RAM: Random Access Memory
Trang 8- 1 -
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nền nông nghiệp nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứng dụng khoa học kỹ thuật được áp dụng vào thực tế Vẫn còn rất nhiều quy trình 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 tốt, 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 cao
Ngoài ra trên các tuyến đường của trung tâm thành phố chúng ta vẫn còn bắt gặp những hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây ùng tắt và mất an toàn giao thông cho các xe lưu thông qua lại
Nghành nông nghiệp cửa nước ta hiện nay còn phụ thuộc vào nhiều khí hậu tự nhiên và với những phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại năng suất 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 môi trường như: nhiệt độ, độ
ẩm của đất, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng
Để giải quyết những vấn trên con đường lựa chọn tối ưu là ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong đó tự động hoá đóng vai trò vô cùng quan trọng về mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lượng cao, tưới tiêu, thu hoạch và bảo quản Do đó em tiến hành thiết kế và nghiên cứu đề tài "Hệ thống tưới nước tự động" Đây là một hệ thống tưới nước tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển như: Nhật Bản, Anh, Mỹ, Hàn Quốc,… Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công
Trang 9- 2 -
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Thiết kế mô hình hệ thống tưới nước tự động
- Nghiên cứu và ứng dụng Sim900A điều khiển hệ thống qua tin nhắn điện thoại
- Nghiên cứu phần mềm lập trình và phương pháp lập trình đơn giản và dễ sử dụng
1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Tìm hiểu về các phương pháp tưới nước tự động, từ đó xây dựng hệ thống điều khiển
- Nghiên cứu về Sim900A, các tập lệnh và phương pháp điều khiển
- Thiết kế mô hình tưới tự động và vận hành thực tế
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài này nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:
Kế thừa các kết quả nghiên cứu:
- Kế thừa và phát triển các công trình nghiên cứu trước đó về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng
- Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn
Nghiên cứu lý thuyết :
- Nghiên cứu nguyên lý cơ bản của hệ thống tưới nước tự động
- Nghiên cứu về Sim900A
- Xây dựng chương trình điều khiển
Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng:
- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi của chương trình và lỗi của chương trình điều khiển và từ đó hoàn thiện hệ thống
1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đề tài chỉ hoạt động dựa vào thời gian đã cài đặt, bằng nút nhấn và thông qua tin nhắn điện thoại Chưa quản lý hết các số liệu như: nhiệt độ, độ ẩm cho người sử dụng thông qua tin nhắn điện thoại
Trang 10- 3 -
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP TƯỚI CÂY HIỆN NAY
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
Một số hệ thống điều khiển tự động phổ biến hiện nay như: Hệ thống điều hòa không khí, hệ thống báo cháy, hệ thống hiệu chỉnh độ ẩm, các dây truyền sản xuất tự động,…
2.2 VAI TRÒ 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
và hoán đổi sản xuất 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 quan trọng và không thể thiếu, bởi 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 nặng nhọc, công việc nguy hiểm hoặc các công việc liên quan đến độc hại.Trong cuộc sống hiện đại tự động hóa không thể thiếu trong đời sống của chúng ta
Trang 11- 4 -
2.3 ỨNG DỤNG TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TƯỚI TIÊU 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
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 đang phát triển như Việt Nam thì
tỉ lệ ứng dụng tự động hóa vào sản xuất thì còn rất chậm
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 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TƯỚI CÂY HIỆN NAY
2.4.1 Tưới phun mưa
Kỹ thuật tưới phun mưa là kỹ thuật đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng dưới dạng mưa nhân tạo nhờ các thiết bị tạo dòng phun mưa (tia mưa) thích hợp Phương pháp này ngày càng được phổ biến và áp dụng rộng rãi, nhất là tại các nước có nền công nghiệp phát triển Tưới phun mưa: sử dụng máy bơm nước cột
áp cao kèm theo ống dẫn và mũi phun tạo mưa Đây là phương pháp tưới hiện đại
có tác dụng nhiều mặt cả về tạo độ ẩm cho đất và làm mát cho cây, kích thích sinh trưởng cho cây và đặc biệt có thể tiết kiệm được 30 - 50% khối lượng nước so với phương pháp tưới tràn theo rãnh
Hình 2 1 - Phương pháp tưới phun mưa
Trang 12- 49 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Diên Tập, Vi điều khiển với lập trình C, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [2] Dương Minh Trí, Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn, NXB Khoa học kỹ thuật
2002
[3] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh 2005
[4] Datasheet PIC18F4550
Trang Web:
[5] http://www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC18F4550
[6] https://www.theengineeringprojects.com/2015/04/send-sms-pic-
microcontroller-sim900.html
[7] http://arduino.vn/bai-viet/854-sim900a-arduino-gui-va-nhan-sms
[8] http://www.zeeman.de/wp-content/uploads/2007/09/ubinetics-at-command-set.pdf