Đang tải... (xem toàn văn)
Với một lượng lớn dân số trong nước là nông dân và những năm gần đây các mô hình như VAC, VACR, trang trại, nhà kính,... đã được các hộ dân quy hoạch với diện tích có thể lên đến hàng trăm hecta, ngoài ra các nhân lực làm trong ngành nông nghiệp thường đã cao tuổi. Khi đó gánh nặng công việc đã đặt ra làm sao có một mô hình tưới cây, rau, vườn ươm. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về mô hình này, mời các bạn cùng tham khảo đồ án Đo nhiệt độ và đặt giờ tưới nước cho vườn dưới đây.
Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ sở tại thành phố Hồ Chí Minh ĐỒ ÁN MƠN HỌC Mơn học: Kĩ thuật ghép nối và thiết bị ngoại vi Đề tài : đo nhiệt độ và đặt giờ tưới nước cho vườn Giáo viên hướng dẫn : Ths. Phạm Thế Duy Họ và tên sinh viên: Trịnh Phi Hùng MSSV : 409190009 Nguyễn Đăng Khoa MSSV : 409190011 Hồ chí minh năm 2013 - - [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 MỤC LỤC trang Lời nói đầu Mơ tả cơng việc và lý do chọn đề tài: Lý do chọn đề tài Mơ tả đề tài Tìm hiểu linh kiện và các thiết bị trong đề tài MCU Atmega32 a Đặc điểm b Các I/O c Chức năng ADC d Giao tiếp sử dụng I2C e Giao tiếp USART IC thời gian thực DS1307 a Cấu tạo ngoài và đặc điểm b Các thanh ghi của IC c Giao tiếp I2C với AVR Cảm biến độ ẩm DHT11 a Đặc điểm kỹ thuật và cấu tạo chân linh kiện b Nguyên lý hoạt động Cảm biến nhiệt độ LM35 a Đặc điểm kỹ thuật và cấu tạo chân linh kiện b Nguyên lý hoạt động LCD 1602 a Đặc điểm và cấu tạo ngoài LCD 1602 b Các hàm điều khiển LCD Truyền nhận dữ liệu qua cổng nối tiếp a Cấu trúc cổng nối tiếp b Cổng RS232 trên PC c Truyền dữ liệu d Nhận dữ liệu IC chuyển đổi tín hiệu USARTRS232 MAX 232 a Đặc điểm và sơ đồ chân IC MAX 232 b Nguyên lý hoạt động USBCOM với PL2303 a Đặc điểm và sơ đồ chân IC PL2303 b Nguyên lý hoạt động Kết nối mạng RS485 a Khái niệm đa mạng b Chuẩn RS485 c Một số vấn đề liên quan đến RS485 d Các kiểu truyền nhận trong mạng RS485 Thiết kế phần cứng Khối xử lí và hiển thị Khối thời gian thực Khối giao tiếp máy tính Thiết kế phần mềm Giải thuật cho máy tính Giải thuật cho vi điều khiển a Lưu đồ chương trình chính b Chương trình hiển thị thời gian và nhiệt độ c Giải thuật hiển thị giờ tưới hằng ngày d Giải thuật chỉnh thời gian thực Kết quả thi cơng Hình ảnh Hạn chế [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Hướng giải quyết tiếp theo Lời nói đầu Với một lượng lớn dân số trong nước là nơng dân và những năm gần đây các mơ hình như VAC, VACR, trang trại, nhà kính, … đã được các hộ dân quy hoạch với diện tích có thể lên đến hàng trăm hecta, ngồi ra các nhân lực làm trong ngành nơng nghiệp thường đã cao tuổi. Khi đó gánh nặng cơng việc đã đặt ra làm sao có một mơ hình tưới cây, rau, vườn ươm… một cách hồn tồn tự động hoặc bán tự động đã là mục tiêu cho chúng em chọn đề tài này. Hi vọng với mơ hình tưới cây sẽ giảm được phần nào cơng việc cho các hộ gia đình và nâng cao năng suất cây trồng, đạt được giá trị thương phẩm cao hơn Tuy nhiên do hạn chế của đề tài chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu đơn giản và tìm hiểu nên nhóm em mong được sự hướng dẫn và góp ý thêm để chúng em hoang thành đề tài trong tương lai “Khơng thầy đố mày làm nên ”. Em xin cảm ơn tất cả các thầy, cơ trong khoa điện tử 2 đã giúp đỡ chúng em trong thời gian học tập tại trường và đã góp ý cho em nhưng ý kiến q báu. Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Phạm Thế Duy và thầy Tơn Thất Bảo Đạt là giáo viên bộ mơn và giao viên hướng dẫn đã khuyến khích và giúp đỡ chúng em trong q trình thiết kế và thi cơng đề tài MƠ TẢ LÝ DO VÀ MỤC TIÊU CƠNG VIỆC: b.I Lý do chọn đề tài: Nhóm em chọn đề tài mơ hình tưới cây tự động và cảm biến nhiệt độ và độ ẩm với lý do: [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Cơng việc nhà nơng rất vất vả và nhiều cơng đoạn Xu hướng trồng ra oan tồn trên những cánh đồng lớn đang được triển khai và nhân rộng ở khắp các tỉnh thành Đối tượng làm nơng chủ yếu là người lớn tuổi vì vậy muốn giảm gánh nặng cơng việc cho khi làm nơng Mơ hình có thể áp dụng ở các cánh đồng rau, các vườn cây ăn quả hoặc các vườn cây cơng nghiệp Mơ tả đề tài: Mơ hình hoạt động dựa trên đồng hồ thời gian thực, độ chính xác cao, từ đó đặt giờ tưới và các thơng số khác (lần tưới, thời lượng tưới) một cách chính xác Hoạt động hồn tồn tự động, chỉ cần đặt một lần và hoạt động cho các lần kế tiếp Các cảm biến độ ẩm và nhiệt độ giúp thu thập thơng tin vườn cây để có các phương án tưới phù hợp Có giao tiếp máy tính để có thể cập nhập thơng tin về vườn cây, rau qua giao diện máy tính Sơ đồ khối: Mơ tả: MCU (atmega8 hoặc atmega32): làm bộ xử lý trung tâm các tín hiệu số, tương tự để hiển thị và thực thi chương trình chính và làm một số giao tiếp với IC khác hoặc với máy tính cá nhân IC DS1307: IC thời gian thực được giao tiếp với MCU qua giao tiếp I2C Các sensor: dùng làm chức năng đo các thơng số mơi trường rồi gửi các tín hiệu tương tự tới bộ ADC của MCU để chuyển đổi và hiển thị nó mục đích kiểm sốt và điều khiển Các phím bấm: dùng khi ta có thao tác điều khiển và cài đặt các thơng số bằng tay trên mạch Lcd 1602 : hiển thị các thơng số(thời gian, cài đặt tưới, nhiệt độ…) khi thực hiện đặt thơng số bằng tay Vòi tưới: được dùng để đóng mở cái relay khi đến thời gian tưới định sẵn Máy tính: giao tiếp với các mạch bên ngồi và điều khiển các mạch. Nó còn được dùng để quản lý các vườn khác nhau Nguồn: (nguồn cho mạch): sử dụng điện áp DC5V để các IC, MCU, lcd hoạt động TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN THIẾT BỊ TRONG ĐỀ TÀI : II Đề tài có sử dụng một số linh kiện điện tử là các IC và MCU cùng một số chuẩn giao tiếp cơ bản như USART, I2C, cảm biến được sử dụng như LM35, cảm biến độ ẩm, hiển thị bằng LCD 1602L, giao tiếp máy tính có IC MAX232, IC chuyển đổi USBCOM hoặc cable chun dụng MCU ATmega32: a Đặc điểm: Đây là dòng vi điều khiển của hãng Atmel có nhiều tính năng nổi trội Cấu trúc tập lệnh thu gọn RISC, đơn giản, dể lập trình Tiết kiệm năng lượng Có 32 chân I/O, 4 port xuất nhập dữ liệu đa chức năng 32 thanh ghi đa dụng Bộ nhớ 32Kb bộ nhớ Flash lập trình được, 1024Byte EEPROM Tốc độ tối đa lên tới 16MHz, có thể sử dụng cả dao động nội chip và thạch anh ngồi 2 bộ Timer/counter 8 bit, một bộ so sánh 1 bộ timer/counter 16 bit 4 kênh PWM 8 kênh ADC hỗ trợ độ phân giải 10 bit và 8 bit [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Các giao tiếp hỗ trợ như: I2C, SPI, USART Điện áp hoạt động 4,55 V Sơ đồ chân và đóng gói: loại 40 chân PDIP và loại TQFP/MLF (linh kiện dán) Chân số Tên chân Chức năng 18 PORT B Port xuất nhập B, ngồi ra còn có chức năng là giao tiếp SPI RESET Chân reset của atmega 32, chân này được kích khi có một tích cực mức thấp tác động lên, khi đó atmega32 sẽ hoạt động lại 10, 11 Nguồn VCC, chân cấp nguồn dương VCC và GND 12, 13 Chân gắn dao động ngồi Hai chân gắn thạch anh dao động ngồi của chip khi sử dụng, muốn sử dụng được dao động ngồi ta cần fuse bít để chip được set sử dụng thạch anh 1421 PORT D 2229 Port C Port truy xuất I/O, ngồi ra còn có chức năng khác như: Pd0pd1: chân rxd và txd sử dụng giao tiếp USART Pd2pd3: chân ngắt ngồi Pd4pd5: ngõ ra so sánh Port truy xuất I/O, ngồi ra còn có chức năng khác như: Pc0pc1: chân giao tiếp i2c 3031 Chân nguồn Chân acvv và gnd 32 Vref Chân điện áp so sánh (dùng trong chế độ adc) 3340 Port A Port truy xuất I/O, ngồi ra còn có chức năng là 8 kênh adc b Các I/O: Ngõ ra cực máng hở [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 ATmega32 có 4 PORT xuất nhập dữ liệu là: A, B,C,D Có 3 thanh ghi chức năng để lập trình vào ra cho các chân I/O là: DDR, PIN, PORT Cấu hình I/O theo bảng sau: DDxn PORTxn I/O Pullup Chức năng 0 Input khơng Trạng thái Hiz trở kháng cao Input Có Ngõ vào có điện trở kéo lên Input Không Trạng thái Hiz trở kháng cao Output Không Ngõ ra mức thấp 1 Output Khơng Ngõ ra mức cao 10 Tín hiệu truyền dẫn trên dây khơng có dây mass để so sánh nên ta sẽ so sánh sai lêch điện áp trên dây để từ đó quy định mức logic là thấp hay cao. Điện áp chung(commonmode voltage VCM) về tốn học thì được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham chiếu với một điểm chung VCM = Cách xác định điện áp kiểu chung Vấn đề nối đất: Tín hiệu trên hai dây khi được tham chiếu với một điêm chung là đất(Ground) thì khi đó nó cần được xem xét kĩ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất của nơi nhận và nơi thu có một sự chênh lệch thì nó sẽ làm cho tín hiệu bị sai và nguy hiểm hơn và phá hỏng thiết bị. Điều này cho ta thấy mạng RS485 chỉ có hai dây tín hiệu nhưng có ba mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện khơng tốt nên nó có một điện trở xác định làm cho chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm kia, đặc biệt tại nơi thường xun có sấm chớp, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất Truyền RS485 khi tham chiếu với đất(Ground) Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất lên tới 7V, lơn hơn 7V là khơng được. Như vậy dây mass là mơt điện áp tham chiếu khơng có tin tưởng và một cách tốt nhất là ta sẽ đi một dây thứ 3, dây này được nối mass tại máy phát để làm điện áp tham chiếu Điện trở đầu cuối: 41 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Điện trở đầu cuối đơn giản là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lý tưởng là bằng giá trị đặc tính trở kháng của dây xoắn, thường thì 100200Ω Cách đặt điện trở đầu cuối trong mạng RS485 Nếu điện trở đầu cuối khơng phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền (rất nguy hiểm khi truyền tốc độ cao), nhiễu ở mức độ nhỏ thì khơng đáng kể nhưng nếu lớn sẽ làm tín hiệu bị sai lệch Mơ tả tín hiệu với hai giá trị điện trở RT Phân cực đường truyền: Khi mạng RS485 ở trạng thái rãnh các thiết bị sẽ ở trạng thái lắng nghe đường truyền và các khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách li với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem như là bất định. Nếu 200mV≤VAB≤200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này khơng đảm bảo vì đường truyền rãnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu khơng hiểu nhầm là có tín hiệu đường truyền trên bus Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền đang rãnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) phải thực hiện. Một điện trở kéo lên nguồn (pullup) ở đường A và một điện trở kéo xuống mass (pulldown) ở đường dây B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao 42 Phân cực cho đường truyền RS 485 Các kiểu truyền nhận trong mạng RS 485: Một truyền, một nhận: Sơ đồ một phát, một nhận của RS485 Trong kiểu mẫu sử dụng cặp dây xoắn, hai điện trở đầu cuối RT Một phát, nhiều nhận: Sơ đồ một phát, nhiều nhận trong RS485 Hai bộ truyền nhận: 43 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Sơ đồ này việc truyền nhận được thực hiện bằng một cặp dây xoắn nên truyền nhận dữ liệu khơng thể diễn ra đồng thời mà phải theo hình thức bán song cơng(half duplex), tại một thời điểm chỉ có một bộ thực hiện truyền Nhiều bộ nhận truyền: Sơ đồ sử dụng nhiều bộ truyền nhận trong RS485 Tương tự như trong sơ đồ hai bộ truyền nhận, hình thức truyền dữ liệu ở đâu là bán song cơng Đoạn dây rẽ nhánh: Đoạn dây rẽ nhánh (stub) là một đoạn dây nối từ cặp dây chính (bus) tới một thiết bị (một trạm). Đoạn dây rẽ nhánh nếu dài q sẽ ảnh hưởng tới sự phối hợp trở kháng. Vì vậy đoạn dây rẽ nhánh càng ngắn càng tốt 44 Một đoạn dây rẽ nhánh hợp lí Cách truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485: Biểu đồ truyền một mã ascii theo chuẩn RS485 Bình thường đường truyền rãnh (Idle line) sẽ ở mức cao, VAB > 200mV, tín hiệu TX control cho phép phát tín hiệu đi. Mỗi bít tín hiệu TXD phát đi sẽ được biễu diễn tương ứng dưới dạng tín hiệu VAB theo chuẩn RS485. Bit 1 tương ứng với VAB dương, bit 0 tương ứng VAB âm. Sau khi phát đi đủ 10 bit thì đường truyền lại lên mức cao báo tín hiệu rãnh III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG : Khối xử lí và hiển thị: Các thành phần gồm có: MCU Atmega32, thạch anh 8MHz, LCD 1602L, cảm biến LM35, các nút điều khiển Khối thời gian thực 45 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Các thành phần gồm có: IC DS1307, thạch anh 32,768kHz Khối giao tiếp máy tính: Các thành phần gồm có: IC chuyển đổi USBCOM PL2303, IC chuyển đổi USART RS232 MAX232 Khối 1 MCU 46 Khối 2 ds1307 Khối 3max232 Để có thể sử dụng rs485 làm bus chủ kết nối với các thiết bị ta cần bộ chuyển đổi rs232/rs485, có thử sử dụng IC max 485 hoặc SN75176B làm IC giao tiếp. Tại mỗi thiết bị kết nối vào mạng ta có một bộ chuyển đổi và tại cổng com máy tính ta có một bộ chuyển đổi 47 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Sơ đồ nguyên lý IV THIẾT KẾ PHẦN MỀM Giải thuật cho máy tính: a Giải thuật cho máy tính: 48 b Giao diện giao tiếp: 49 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Giải thuật cho vi điều khiển: Lập trình cho MCU theo kiểu hướng đối tượng nên ta có lưu đồ cho các chương trình con như sau: a Lưu đồ chương trình chính: 50 b Giải thuật hiển thị thời gian và nhiệt độ: 51 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 c Giải thuật hiện giờ tưới trong ngày: 52 d Giải thuật điều chỉnh thời gian thực tế: 53 [SINH VIÊN: TRỊNH PHI HÙNG VÀ NGUYỄN ĐĂNG KHOA] April 25, 2013 Kế quả thi công: a Hình ảnh: b Hạn chế: Chưa phát hiện được thời tiết khi có mưa nên có thể sẽ tưới khi trời đang mưa c Hướng phát triển tiếp theo: Để hồn thiện sản phẩm hơn nhóm em đã có các phương án giải quyết nhằm tối ưu hóa hệ thống như sau: Hệ thống được điều khiển hồn tồn tự động qua máy tính Lập cơ sở dữ liệu về q trình phát triển của cây trồng từ đó lập ra một kế hoạch tưới tối ưu 54 Lắp đặt và lập trình thêm cho các cảm biến như cảm biến mưa, cảm biến chuyển động, … nhằm xác định thới tiết có mưa khơng để ngừng tưới hoặc hủy tưới và kiểm tra các động vật phá hoại như chuột, trâu, bò… 55 ... Mơ hình hoạt động dựa trên đồng hồ thời gian thực, độ chính xác cao, từ đó đặt giờ tưới và các thơng số khác (lần tưới, thời lượng tưới) một cách chính xác Hoạt động hồn tồn tự động, chỉ cần đặt một lần và hoạt động cho các lần kế tiếp Các cảm biến độ ẩm và nhiệt độ giúp thu thập thơng tin vườn cây để có các phương án ... hướng dẫn đã khuyến khích và giúp đỡ chúng em trong q trình thiết kế và thi cơng đề tài MƠ TẢ LÝ DO VÀ MỤC TIÊU CƠNG VIỆC: b.I Lý do chọn đề tài: Nhóm em chọn đề tài mơ hình tưới cây tự động và cảm biến nhiệt độ và độ ẩm với lý do: [SINH... UCSRC: thanh ghi này dùng để quy định các thơng số về khung truyền và chế độ truyền UMSEL (USART Mode Select) là bit lựa chọn giữa 2 chế độ truyền thơng đồng bộ và khơng đồng bộ. Nếu UMSEL=0, chế độ khơng đồng bộ được chọn, ngược lại nếu UMSEL=1, chế độ đồng bộ được kích hoạt. Xem bảng sau: