Đồ án: Thiết kế hệ thống tự động hóa tưới phun theo đa năng

Kỹ thuật tưới phun là một trong những phương pháp tưới sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm nước và năng lượng, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng năng suất lao động và tăng năng suất cây trồng. Tưới phun là phương pháp tưới cung cấp nước cho cây trồng dưới dạng các hạt mưa hoặc hạt sương rơi trên một diện tích nhỏ xung quanh gốc cây trồng bằng thiết bị gọi là máy phun mưa. Nguyên tắc chính của phương pháp này là đưa lượng nước rất hạn chế tập trung vào vùng rễ cây thông qua hệ thống máy bơm, ống dẫn nước và đầu phun để tạo thành mưa cục bộ tưới cho các loại cây trồng.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KHÓA LUẬN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TƯỚI PHUN THEO ĐA NĂNG 1.1 Giới thiệu cơng trình nghiên cứu hệ thống tưới phun Kỹ thuật tưới phun phương pháp tưới sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm nước lượng, giúp nâng cao hiệu kinh tế, tăng suất lao động tăng suất trồng Tưới phun phương pháp tưới cung cấp nước cho trồng dạng hạt mưa hạt sương rơi diện tích nhỏ xung quanh gốc trồng thiết bị gọi máy phun mưa Nguyên tắc phương pháp đưa lượng nước hạn chế tập trung vào vùng rễ thông qua hệ thống máy bơm, ống dẫn nước đầu phun để tạo thành mưa cục tưới cho loại trồng Các phương pháp tưới phun nay: - Tưới phun mưa – phun sương: Sử dụng máy bơm nước cột áp cao kèm theo ống dẫn mũi phun tạo mưa Đây phương pháp tưới đại có tác dụng nhiều mặt tạo độ ẩm cho đất làm mát cho cây, kích thích sinh trưởng cho đặc biệt tiết kiệm 30-50% khối lượng nước so với phương pháp tưới tràn theo rãnh - Tưới phun rối xốy: Dịng phun rối xốy tạo ứng dụng chuyển động xoắn, tượng phức tạp xuất dòng rối, them vào q trình xốy làm phân tán, lắng đọng theo hạt (giọt lỏng, bọt khí) Trong kỹ thuật, dịng phun rối xốy hình thành ba phương pháp bản: +) Nhờ rãnh dẫn hướng (rãnh tạo xoáy hay cánh tạo xoáy) đầu phun +) Tạo ống dẫn trực tiếp vào đầu phun theo phương chiều trục phương tiếp tuyến +) Đầu phun quay trực tiếp để tạo xoáy 1.2 Các phương pháp tưới thủ công bán thủ công - Phương pháp tưới rãnh Là phương pháp tưới để nước chảy theo rãnh thiết kế hàng Nước thấm dần vào đất cung cấp cho trồng Cách tưới tiết kiệm chủ động nước tưới cho vườn cây, lớp đất mặt tơi xốp, khơng bị gí chặt, kết cấu đất giữ vững, đất khơng bị bào mịn, chất dinh dưỡng không bị rửa trôi Đây phương pháp tưới thông dụng thường bà tưới cho nhiều vườn ăn nước Nhưng áp dụng với nơi có địa hình tương đối phẳng (độ dốc ADC - > Vi điều khiển Như ta có: U= t.k u điện áp đầu t nhiệt độ môi trường đo k hệ số theo nhiệt độ LM35 10mV/1 độ C Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi LM35 5/(2^10) = 5/1024 Giá trị ADC đo điện áp đầu vào LM35 (t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t Vậy nhiệt độ ta đo t = giá trị ADC/2048 Tương tự với ADC 11bit Vcc khác ta tính để cơng thức lấy nhiệt độ 2.5.2 Tìm hiểu cảm biến LM335 Hình dạng LM335 ngồi thực tế : LM335 có chân : chân cấp nguồn chân out tín hiệu Analog Khi ta cấp điện áp 5V cho LM335 nhiệt độ đo từ cảm biến chuyển thành điện áp tương ứng chân số (Vout) Điện áp tỉ lệ với giải nhiệt độ mà đo Với độ giải nhiệt độ đầu 10mV/K Hoạt động giải điện áp từ 5V giải nhiệt độ đo từ oC đến 100oC Và cần ý đến thơng số sau: + Hoạt động xác dịng điện đầu vào từ 0.4mA đến 5mA Dịng điện đầu vào ngồi khoảng kết đo sai + Điện áp cấp vào ổn định 5V + Trở kháng đầu thấp ôm + Giải nhiệt độ môi trường từ đến 100 C Như LM335 cho tín hiệu tương tự (Analog) chúng phải xử lý tín hiệu thành nhiệt độ - Tính tốn giá trị mạch đo Do tín hiệu trả từ cảm biến LM335 tín hiệu tương tự Như để xử lý tín hiệu cho kết nhiệt độ tương ứng ta cần dùng biến đổi tương tự sang số gọi tắt ADC Đầu đo nhiệt độ từ đến 100 C Như ta biết độ phân giải nhiệt độ LM335 10mV/ K nên ta có: + Tại C điện áp đầu LM335 2.73V + Tại 100 C điện áp đầu LM335 3.73V Như giải điện áp mà ADC biến đổi từ (2.73V đến 3.73V) tức 1V Gọi S giải điện áp đo tín hiệu : S = (2.73 – 3.73V) tức 1V A giải điện áp ADC : A = 5V Ta có Dspic tích hợp sẵn khối ADC 10 bit tốc độ cao Psoc tích hợp sẵn ADC 11 bit nên sử dụng ADC cho mục đích biến đổi Ta có bước thay đổi ADC 10 bit : n = /1024 = 4.9mV (Dspic) n1 = 5/2047 = 2.44mV (Psoc) Sai số tương đối mạch đo ς= 0.0049/1 = 0.49% (Dspic) ς1 = 0.00244/1 = 0.244% (Psoc) - Tính giá trị nhiệt độ đầu LM335 cảm biến nhiệt độ , với nhiệt độ đầu 10mV/K Sử dụng biến đổi ADC_10 bit : + Có giá trị lớn 1024 + Với V = V = 5V + Bước thay đổi : (Của Dspic Psoc)n = 5/1024 = 4.9 (mV) (Dspic) n1 = 5/2047 = 2.44(mV) (Psoc) Nên 00 C hay 273K điện áp đầu LM335 có giá trị 2.73V Nên 1000 C hay 373K điện áp đầu LM335 có giá trị : 373.10mV/K = 3.73V Như giải điện áp đầu vào (2.73 đến 3.73V) - Tính tốn giá trị ADC đọc từ Lm335 + V_in = 2.73V =>ADC_value = (1024/5).2.73 = 559 (Dspic) + V_in = 3.73V => ADC_value = (1024/5).3.73 = 764 (Dspic) + V_in = 2.73V => ADC_value = (2047/5)*2.73 = 1118 (Psoc) + V_in = 3.73 => ADC_value = (2047/5)*3.73 = 1527 (Psoc) Mặt khác, ADC_value = cho điện áp tương ứng 4.9mV (dspic) 2.44mV (Psoc) Trong LM335 cho điện áp 10mV/K Nên để ADC_value thay đổi đơn vị nhiệt độ phải thay đổi : (4.9mV/10mV/K) = 0.5K (dspic) (2.44mV/10mV/K) = 0.244K (Psoc) Như ta có cơng thức tính đầy đủ độ C tương ứng cho Psoc Dspic: (Đối với Dspic) t = (ADC_value – 559)* (4.9mV/10mV) = (ADC_value – 559)* 0.49 (Đối với Psoc) t = (ADC_value - 1118) * (2.44mV/10mV) = (ADC_value - 1118) * 0.244 - Tính giá trị điện trở đệm cho LM355 Muốn áp ứng với 10mV/oK phải cấp dịng cho từ 400uA đến 5mA, phải có điện trở đệm Nếu dùng nguồn áp 5V, dải đo từ 0-100 C => áp LM335 từ 2.73V đến 3.73V => áp rơi điện trở từ 2.27V đến 1.27V => chọn điện trở 1.5k nối 5V - 1,5k - LM335 Do điện trở 1.5K khơng có nên ta dùng biến trở điện trở đệm 1.5K Điều chỉnh giá trị điện trở cho nhiệt độ với giá trị nhiệt độ mẫu 2.5.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 DS18B20 IC cảm biến nhiệt độ, bao gồm chân, đóng gói dạng TO-92 chân nhỏ gọn Đặc điểm DS18B20 sau: + Lấy nhiệt độ theo giao thức dây (1wire) + Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải config 9,10,11,12 bit, tùy theo sử dụng Trong trường hợp khơng config tự động chế độ 12 bit Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa 750ms cho mã hóa 12 bit +Có thể đo nhiệt độ khoảng -55 -> +125°C Với khoảng nhiệt độ -10°C to +85°C độ xác ±0.5°C,±0.25°C ,±0.125°C,±0.0625°C theo số bít config + Có chức cảnh báo nhiệt nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép Người dùng lập trình chức cho DS18B20 Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo khơng bị mất nguồn có mã định danh 64 bit chứa nhớ ROM chip (on chip), giá trị nhị phân khắc tia laze + Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, bạn kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà dùng dây dẫn để giao tiếp với IC Với DS18B20 bạn hoàn tồn tạo cho mạch cảm biến nhiệt độ theo ý muốn + Điện áp sử dụng : – 5.5 V + Dòng tiêu thụ chế độ nghỉ nhỏ - Lấy nhiệt độ với DS18B20 Tìm hiểu lệnh ROM liên quan đến DS18b20 - READ ROM (33h) Cho phép đọc byte mã khắc laser ROM, bao gồm: bit mã định tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xưởng, bit kiểm tra CRC Lệnh dùng bus có cảm biến DS1820, không xảy xung đột bus tất thiết bị tớ đáp ứng - MATCH ROM (55h) Lệnh gửi với 64 bit ROM tiếp theo, cho phép điều khiển bus chọn cảm biến DS1820 cụ thể bus có nhiều cảm biến DS1820 nối vào Chỉ có DS1820 có 64 bit ROM trung khớp với chuỗi 64 bit vừa gửi tới đáp ứng lại lệnh nhớ Cịn cảm biến DS1820 có 64 bit ROM khơng trùng khớp tiếp tục chờ xung reset Lệnh sử dụng trường hợp có cảm biến dây, trường hợp có nhiều cảm biến dây - SKIP ROM (CCh) Lệnh cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến lệnh nhớ DS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM Như tiết kiệm thời gian chờ đợi mang hiệu có cảm biến - SEARCH ROM (F0h) Lệnh cho phép điều khiển bus dị tìm số lượng thành viên tớ đấu vào bus giá trị cụ thể 64 bit ROM chúng chu trình dị tìm - ALARM SEARCH (ECh) Tiến trình lệnh giống hệt lệnh Search ROM, cảm biến DS1820 đáp ứng lệnh xuất điều kiện cảnh báo phép đo nhiệt độ cuối Điều kiện cảnh báo định nghĩa giá trị nhiệt độ đo lớn giá trị TH nhỏ giá trị TL hai giá trị nhiệt độ cao nhiệt độ thấp đặt ghi nhớ cảm biến Sau thiết bị chủ (thường vi điều khiển) sử dụng lệnh ROM để định địa cho cảm biến dây đấu vào bus, thiết bị chủ đưa lệnh chức DS1820 Bằng lệnh chức thiết bị chủ đọc ghi vào nhớ nháp (scratchpath) cảm biến DS1820 Khởi tạo trình chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo xác định chế độ cung cấp điện áp nguồn Các lệnh chức mơ tả ngắn gọn sau: - WRITE SCRATCHPAD (4Eh) Lệnh cho phép ghi byte liệu vào nhớ nháp DS1820 Byte ghi vào ghi TH (byte nhớ nháp) byte thứ hai ghi vào ghi TL (byte nhớ nháp) Dữ liệu truyền theo trình tự bit có ý nghĩa bit có ý nghĩa giảm dần Cả hai byte phải ghi trước thiết bị chủ xuất xung reset có liệu khác xuất - READ SCRATCHPAD (BEh) Lệnh cho phép thiết bị chủ đọc nội dung nhớ nháp Quá trình đọc bit có ý nghĩa nhấy byte tiếp tục byte rhứ (byte - CRC) Thiết bị chủ xuất xung reset để làm dừng trình đọc lúc có phần liệu nhớ nháp cần đọc - COPYSCRATCHPAD (48h) Lệnh copy nội dung hai ghi TH TL (byte byte 3) vào nhớ EEPROM Nếu cảm biến sử dụng chế dộ cấp nguồn l bắt đầu việc đo - CONVERT T (44h) Lệnh khởi động trình đo chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số (nhị phân) Sau chuyển đổi giá trị kết đo nhiệt độ lưu trữ ghi nhiệt độ byte nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không 200 ms, thời gian chuyển đổi thực lệnh đọc giá trị đọc - READ POWER SUPPLY (B4h) Một lệnh đọc tiếp sau lệnh cho biết DS1820 sử dụng chế độ cấp nguồn nào, giá trị đọc cấp nguồn đường dẫn liệu cấp nguồn qua đường dẫn riêng - Cách config độ phân giải cho DS18B20 Sơ đồ nhớ DS18B20 Các byte thứ nhớ đệm có chức đăng ký cấu hình (config) cho ds18b20, bít tổ chức sau: MBs R1 R0 1 1 LSb Các bit từ đến đọc giá trị 1, bít số ln đọc giá trị Cấu hình độ phân giải cho ds18b20 định R1 R0 ta có bảng thiết lập sau c Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt DS18B20 - Sơ đồ sử dụng cảm biến - Sơ đồ mắc nhiều cảm biến (Chúng ta cần dây để lấy mẫu nhiệt độ) d Đọc nhiệt độ Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ chân DQ kéo xuống mức thấp chuyển đổi xong mức cao.Như ta vào tượng để xác định chuyển đổi xong nhiệt độ Lưu ý phải dùng điện trở tầm 4.7k trở lên vào chân DQ treo lên nguồn sơ đồ mắc Dưới ví dụ mẫu đo nhiệt độ ds18b20 hiển thị LCD bạn tham khảo hiểu rõ sử dụng cảm biến Đồng thời tham khảo thêm datasheet ds18b20 ... phun; b Khoảng cách hai hàng phun (ống tưới) R Bán kính tầm phun mưa Hình - Các sơ đồ bố trí vịi phun mưa d, Số vịi phun cần thiết để tưới thời gian tưới lần tưới - Số vòi phun cần thiết để tưới. .. ngừng có khả khí hóa, tự động hóa cao độ khâu nước tưới Tạo điều kiện giới, tự động hóa thực tốt số khâu khác như: phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học kết hợp tưới nước - Việc thực tưới nhỏ giọt... Do toàn hệ thống đường ống đặt ngầm nên tiết kiệm đất, thuận tiện việc chăm sóc, canh tác đồng ruộng Mặt khác dễ dàng tự động hóa phần tồn phần hệ thống tưới, khí hố tự động hóa phần thiết bị