Đồ án thiết kế hệ thống tưới cây tự động

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II MẠCH ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ NIÊN KHÓA: 2017 – 2022 Giáo viên hướng dẫn : ThS Trần Quang Thuận Sinh viên thực : Hồ Anh Dũng-Nguyễn Thế Lâm Mã số sinh viên : N17DCDT012-N17DCDT043 Lớp : D17CQDT01-N TP.HCM – Tháng năm 2020 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.Giới thiệu môn học CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 1.Giới thiệu IC555 2.Tìm hiểu loại cảm biến .8 2.Cảm biến độ ẩm đất 10 3.Tìm hiểu phần mềm proteus 11 CHƯƠNG 3:THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 14 1.Ý tưởng thực 14 2.Tiến hành thi công 16 2.1.Sơ đồ khối hệ thống 16 2.2Mô Proteus 18 2.3 Vẽ mạch Altium .20 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 23 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.Giới thiệu môn học  Đồ án thiết kế mạch điện tử môn học chuyên ngành quan trọng cho sinh viên ngành Kỹ thuật Điện-Điện tử.Trong môn học này,sinh viên trang bị kiến thức phân tích, chọn phương án thiết kế mạch điện hoàn chỉnh Bên cạnh mơn học giúp sinh viên tích lũy kỹ chuyên môn đọc mạch điện bản, sử dụng thành thạo phần mền thiết kế thiết bị điện tử như: hệ thống tưới nước tự động,đồng hồ vạn năng, máy tạo sóng, máy sóng  Mục tiêu mơn học: -Về kiện thức: o Môn học bổ sung cho sinh viên kiến thức nâng cao mạch điện tử Phân tích áp dụng lý thuyết vào thực tế Cung cấp cho sinh viên phương pháp thiết kế mạch điện hoàn chỉnh - Về kỹ năng: o Phân tích thiết kế mạch điện ứng dụng thực tế Biết cách hàn nối mạch đo thông số mạch điện -Thái độ,chuyên cần: o Sinh viên cần lên lớp đầy đủ o Tích cực thảo luận, làm tập lớp o Có tinh thần tự học cao - Có tính sáng tạo,ham học hỏi,tìm hiểu phần mềm mơ  Giới thiệu linh kiện đồ án: o IC 555 o Cảm biến đất o Biến trở 10k ohm o Điện trở 1k ohm o Đèn led o Relay 5V o pin 9V o Dây nối pin 9V o Động bơm nước 9V CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 1.Giới thiệu IC555 IC thời gian 555 du nhập vào năm 1971 công ty Signetics Corporation dòng sản phẩm SE555/NE555 gọi máy thời gian loại có Nó cung cấp cho nhà thiết kế mạch điện tử với chi phí tương đối rẻ, ổn định mạch tổ hợp cho ứng dụng cho đơn ổn khơng ổn định Từ thiết bị làm với tính thương mại hóa 10 năm qua số nhà sản suất ngừng sản suất loại IC cạnh tranh lý khác Tuy công ty khác lại sản suất dòng IC 555 sử dụng phổ biến mạch tạo xung, đóng cắt mạch dao động khác Hình dạng 555 hình hình Loại chân hình tròn loại chân hình vng Nhưng thị trường Việt Nam chủ yếu loại chân vuông Ta thấy cấu trúc 555 tương đương với 20 transitor , 15 điện trở diode phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tương đương có : đầu vào kích thích , khối so sánh, khối điều khiển chức hay công suất đầu ra.Một số đặc tính 555 : Điện áp cung cấp nằm khoảng từ 3V đến 18V, dòng cung cấp từ đến mA Dòng điện nguồn xác định giá trị lớn R+R.Để điện áp 15V điện trở R+R phải 20M.Tất cá IC thời gian cần tụ đinệ ngồi để tạo thời gian đóng cắt xung đầu Nó chu kỳ hữu hạn tụ điện (C) nạp điện hay phóng điện thông qua điện trở R.Thời gian xác đinh thông qua điện trở R tụ điện C Đường nạp tụ điện Chức chân : + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định + Chân số 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER) : xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại.ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): Khơng cần nói bít chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy loại 555 thấp NE7555) Nguyên lý hoạt động Trong trình hoạt động bình thường 555, điện áp tụ C dao động quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3 - Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3, kết thúc nạp thời điểm điện áp C 2Vcc/3.Nạp điện với thời (Ra+Rb)C - Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu 2Vcc/3, kết thúc xả thời điểm điện áp C Vcc/3 Xả điện với thời Rb.C - Thời gian mức ngõ thời gian nạp điện, mức xả điện 2.Tìm hiểu loại cảm biến Cảm biến thiết bị phát phản hồi số loại đầu vào từ môi trường vật lý Đầu vào cụ thể ánh sáng, nhiệt, chuyển động, độ ẩm, áp suất số nhiều tượng môi trường khác Đầu nói chung tín hiệu chuyển đổi thành hình đọc vị trí cảm biến truyền điện tử qua mạng để đọc xử lý thêm Sau danh sách loại cảm biến khác thường sử dụng ứng dụng khác Tất cảm biến sử dụng để đo tính chất vật lý Nhiệt độ, Điện trở, Điện dung, Dẫn nhiệt, Truyền nhiệt, v.v 2.Cảm biến độ ẩm đất Trạng thái đầu mức thấp (0V), đất thiếu nước đầu mức cao (5V), độ nhạy cao điều chỉnh biến trở Module cảm biến độ ẩm đất sử dung tưới hoa tự động khơng có người quản lý khu vườn bạn dùng ứng dụng tương tự trồng Độ nhạy cảm biến phát độ ẩm đất tùy chỉnh (Bằng cách điều chỉnh chiết áp màu xanh board mạch) Phần đầu đo cảm vào đất để phát độ ẩm đất,khi độ ẩm đất đạt ngưỡng thiết lập,đầu DO chuyển từ trạng thái mức thấp lên mức cao Ứng dụng +Đọc độ ẩm đất +Hệ thống tưới tiêu tự động Thông số kỹ thuật : o Điện áp hoạt động: 3.3V-5V o Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm o Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm o Ic so sánh : LM393 o VCC: 3.3V-5V o GND: 0V o DO: Đầu tín hiệu số (0 1) 10  Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB  Mơ mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực không gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho 2D 3D  Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA ngược lại 13 CHƯƠNG 3:THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 1.Ý tưởng thực Ngày nay, với tiến ngày vượt bậc khoa học công nghệ kỹ thuật yêu cầu sống mái ấm gia đình người ngày tăng cao Theo đó, để đáp ứng yêu cầu nhà ở, thị trường hệ thống nhà thông minh bùng nổ, kèm phát triển thiết bị thông minh nhằm thỏa mãn nhu cầu tiện ích đời sống Các thiết bị điện tử thông minh loại thiết bị có khả tự động hóa, bán tự động hóa hoạt động điều khiển theo ý muốn người sử dụng công tắc thông minh Các thiết bị điện tử thông minh bao gồm: thiết bị tự động điều khiển hoàn toàn loại thiết bị cảm biến, thiết bị hẹn giờ,… thiết bị có khả điều khiển từ xa theo ý người thông qua Internet, sóng hồng ngoại wifi,… với khả lắp đặt hiệu chỉnh vơ nhanh chóng dễ dàng sử dụng Chúng em sinh gia đình người việt nam khác có truyền thống lâu đời làm nông nghiệp.Hiểu rõ nỗi khổ,nỗi vất vả ba mẹ 14 người nông dân bọn em muốn giúp phần cho đóng góp phát triển cộng đồng Thời đại với phát triển kĩ thuật công nghệ.Ngày người với hỗ trợ công nghệ biến sống trở nên thuận tiện dễ dàng hơn.Một bước tiến quan trọng nơng nghiệp phải kể đến hệ thống tưới nước tự động hay gọi hệ thống tưới thông minh.Một phát minh tạo nên bước tiến lớn Thế tưới tự động? Tưới tự động phương pháp cung cấp nước cho cách tự động,bằng công cụ hỗ trợ tỏng người khơng cần trực tiếp tham gia vào việc cấp nước cho cậy.Hệ thống tưới nước tự động cấu tạo tự động hóa hồn tồn bổ sung cảm biến giúp hiệu hệ thống tưới đạt mức cao Lợi ích tưới tự động đời sống -Sử dụng hệ thống tưới nước tự động giúp tiết kiệm khoảng 70% lượng nước vượt trội hản so với phương pháp tưới thông thường.giúp cho tài nguyên nucows bảo tồn lâu dài hơn,góp phần thúc đẩy phát triển bền vững lâu dài xã hội Thời gian chăm sóc giảm thiểu tối đa.Thay phải nhiều thời gian cho việc tưới cây,chúng ta có nhiều thời gian cho sống công việc quan trọng khác 15 -Được ứng dụng cho nhiều công trình sân vườn ,resort,vườn trái cây,…tăng thêm giá trị cơng trình Tuy nhiên hệ thống tưới nước tự động nước ta đa phần nhập từ nước với chi phí cao tiếp xúc với hầu hết tầng lớp người dân.Đa số người có thu nhập trở lên Hiện trung bình giá để lắp đặt thiết bị từ triệu đến hàng trăm triệu đồng cho thiết bị có diện tích sử dụng lớn Để giải vấn đề nhóm em sử dụng linh kiện có sẵn giá phù hợp với túi tiền đại đa số người dân việt nam,hiệu ổn định cao,có thể áp dụng cho mơi trường khác dễ dàng lắp đặt sử dụng giúp giảm thiểu thời gian chăm sóc giúp cối phát triển tốt 2.Tiến hành thi công 2.1.Sơ đồ khối hệ thống + Khối 1:Khối cảm biến + Khối 2:Khối phân tích + Khối 3:khối xử lý + Khối 4:Khối nguồn Các linh kiện cần có +IC 555 +Cảm biến đất +Biến trở 10k ohm +Điện trở 1k ohm +Đèn led +Relay 5V +2 pin 9V 16 +Dây nối pin 9V +Động bơm nước 9V Từ hiểu biết linh kiện ic555, cảm biến độ ẩm đất ta tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý cho mạch điện tử Nguyên lý thực sơ đồ mạch sau Mạch đơn giản sử dụng IC555 làm thành phần hoạt động chính.Ở IC555 điều khiển rơ le mà không cần phải tự động tắt rơl Chân số trở thành chân cảm biến IC giữ mặt đất qua R2, phải tính theo ngưỡng kích hoạt độ ẩm đất mong muốn Hai chân cảm biến đất cắm xuống đất để cảm nhận mức độ ẩm tương ứng lúc đầu IC555 giữ mức thấp giữ cho rơ le ngừng hoạt động Khi độ ẩm đất khô chân số có IC555 trở nên mức cao kích hoạt rơ le kết nối 17 Sau đất trở nên ẩm ướt đạt đến mức độ xác định đầu dò đất cảm nhận đất đủ độ ấm kích hoạt role xuống mức thấp để tắt bơm nước 2.2Mô Proteus Sau vẽ mạch nguyên lý tiến hành mô phần mềm proteus.Để mô toán lấy linh kiện ngồi thư viện proteus hình sau Ở có số linh kiện khơng có proteus nên thay linh kiện khác ví dụ thay cảm biến độ ẩm đất thay switch máy bơm thay 18 motor tiến hành nối dây với Khi hồn thiện q trình lắp mạch mơ tiến hành chạy mơ phỏng.Chọn Start nhấn thấy led báo hiệu đèn sáng motor quay mô xong trình bơm nước tự động 19 2.3 Vẽ mạch Altium Hồn tất q trình mơ tiến hành chuyển sang làm mạch in cho mạch sau.Để làm mạch in ta sử dụng phần mềm Altium cho mạch điện tử sau Thực công việc +Lấy linh kiện từ thư viện +Sắp xếp linh kiện +Nối dây cho linh kiện +Đặt tên cho linh kiện +Thay đổi giá trị cho linh kiện +Kiểm tra lỗi 20 Sau vẽ xong mạch nguyên lý tiến hành chuyển sang mạch in.Chọn Design>Update PCB Tiến hành: +Sắp xếp lại chật tự linh kiện theo sợ đồ mạch nguyên lý +Căn chỉnh linh kiện +Đặt luật dây cho linh kiện +Nối dây cho mạch +Cắt bo mạch +Phủ đồng cho bo mạch 21 Để chuyển sang 3d nhấn phím số để xem mạch in Mạch in sau thiết kế phần mềm Altium chuyển sang thiết kế mạch thực tế.Ta tự in mạch thủ công trung tâm uy tín để in mạch mua cá linh kiện cần thiết để hàn linh kiện vào mạch in 22 Hàn mạch in nối dậy phần thiết kế mạch in 23 Cùng với linh kiện lại mạch cảm biến độ ẩm đất,nguồn điện(pin), motor bơm nước ta mạch hoàn thiện 24 25 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Đồ án thiết kế mạch hệ thống tưới tự động giúp giảm bớt q trình chăm sóc dành nhiều thời gian cho cơng việc cho gia đình Đây mạch điện tử dễ dàng thực với linh kiện phổ biến mua đâu cửa hàng điện tử Môn học giúp phát triển khả làm việc nhóm kết hợp ý kiến thành viên nhóm để giải vấn đề Sự hướng dẫn tận tình chu đáo giảng viên phần quan giúp nhóm chúng em thực tốt đề tài lần Tuy nhiên số hạn chế việc khó khăn việc làm mạch in phải chỉnh sửa nhiều lần để có mạch hồn chỉnh 26 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn Hồ Anh Dũng Trần Quang Thuận Nguyễn Thế Lâm 27 ... dụng thiết kế mạch điện tử Nó phần mềm mạnh với nhiều tính thú vị Phần mềm thiết kế mạch tự động Altium Designer mơi trường thiết kế điện tử đồng nhất, tích hợp thiết kế nguyên lý, thiết kế mạch... lớn Thế tưới tự động? Tưới tự động phương pháp cung cấp nước cho cách tự động, bằng cơng cụ hỗ trợ tỏng người không cần trực tiếp tham gia vào việc cấp nước cho cậy .Hệ thống tưới nước tự động cấu... thống tưới nước tự động cấu tạo tự động hóa hồn tồn bổ sung cảm biến giúp hiệu hệ thống tưới đạt mức cao Lợi ích tưới tự động đời sống -Sử dụng hệ thống tưới nước tự động giúp tiết kiệm khoảng 70%