Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cho việc tưới tiêu cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY š&› ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Sinh viên thực : Hoàng Thiện Phúc Lớp Cơ điện tử K51 : Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Lăng Vân HÀ NỘI 05 - 2014 i LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian thực đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế chế tạo hệ thống tưới tự động, em cố gắng vận dụng kiến thức học trường, thực tế Cùng với giúp đỡ thầy Lê Lăng Vân hoàn thành yêu cầu đề tài Đó nghiên cứu, thiết kế thực thi chế tạo mạch điều khiển hệ thống tưới tự động đạt độ xác hoạt động tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Lăng Vân tận tình bảo giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Do kiến thức cịn hạn chế q trình thực đồ án em khơng tránh khỏi sai xót kính mong quý thầy cô hội đồng thi dẫn, bỏ qua giúp đỡ em.Em mong đóng góp thầy bạn để nội dung đề tài ngày hoàn thiện Sinh viên thực Hoàng Thiện Phúc ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Kết cấu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động 1.2.Vai trò tự động hóa q trình sản xuất 1.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng 1.4 Các nghiên cứu nước 1.5.Các nghiên cứu nước 1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung CHƯƠNG CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY THEO ĐỘ ẨM 10 2.1 Vi điều khiển Pic 16F877A 11 2.1.1 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A 11 2.1.2 Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A 12 2.1.3 Các timer 16F877A 17 2.2 Cảm biến DHT11 18 2.3 Màn hình LCD dịng 16 kí tự Error! Bookmark not defined 2.4 Rơle đóng ngắt thiết bị 21 2.5 Tụ điện 21 2.6.Điot 22 2.7 Điện trở 22 2.8 Thời gian thực DS1307 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY 25 3.1 Xây dựng toán cho hệ thống 25 3.2 Thiết kế phần 26 3.2.1 Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới khả cung cấp nước 26 iii 3.2.2 Phân chia khu tưới 27 3.2.3 Tính tốn đường ống 27 3.2.4 Tính tốn đường ống nhánh, đường ống thứ cấp 29 3.2.5 Chọn phương pháp tưới 30 3.2.6 Vật liệu sử dụng xây dựng hệ thống tưới 31 3.3.Thiết kế mạch điều khiển 33 3.3.1 Thiết kế phần cứng 33 3.3.2.Mạch in thực tế sau thiết kế (sử dụng phần mềm atium) 33 3.3.3 Thiết kế phần mềm 34 3.3.4 Thuật toán điều khiển 38 3.3.5 Mạch thực tế sau thiết kế chạy thử 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 41 4.1 Đánh giá kết 41 4.2 Hạn chế đề tài 41 4.3 Hướng phát triển đề tài 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.Bộ hẹn van điều khiển Hình Sơ đồ khối mạch .10 Hình 2.Sơ đồ chân PIC 16F877A 11 Hình Sơ đồ nguyên lý 12 Hình 4.Cảm biến DHT11 18 Hình Sơ đồ kết nối với VĐK 19 Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD1602 mạch điện 20 Hình Relay 5V sơ đồ chân 21 Hình Điot 22 Hình Sơ đồ chân DS1307 23 Hình Sơ đồ mạch nguyên lý 33 Hình 2.Mạch in sau thiết kế 34 Hình 3 Giao diện phần mềm lập trình 35 Hình PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM 36 Hình Giao diện phần mềm nạp pickit2 37 Hình Lưu đồ thuật toán điều khiển 39 Hình Mạch thực tế sau thiết kế chạy thử 40 v MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Nền nông nghiệp nước ta nơng nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan khơng đảm bảo u cầu Có thể nói nơng học ngồi kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học trồng không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt suất, hiệu cao Ngoài tuyến phố khu vực trung tâm thành phố bắt gặp hình ảnh xe bồn chở nước tưới dọc đường gây ùn tắc, an tồn giao thơng Mặt khác nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vịi nhỏ giọt bù áp, vịi khơng bù áp, dây tưới nhỏ giọt ) có thơng số khác phục vụ cho loại khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng Việc tính tốn để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng nhu cầu tưới theo nông học trồng phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm gốc, độ ẩm khơng khí cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho trồng hấp thu dinh dưỡng khơng gây rửa trơi, thối hóa đất, khơng gây ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp cho người khơng phải tưới cây, khơng phải tốn chi phí nhân công tưới nước giám sát thời gian tưới Với hệ thống này, việc tưới tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa năm… Tất điều kiện đưa vào hệ thống tính tốn đưa thời gian xác để bơm nước Người lao động không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Lý chọn đề tài Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) hệ thống thiết bị tưới tốt đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng Vốn phổ biến từ nhiều nước giới Tuy nhiên Việt Nam vài ba năm trở lại việc vận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn với q trình đại hóa nơng nghiệp nơng thơn người dân mạnh dạn đưa vào xử dụng chi phí đầu tư cao Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người, làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc địi hỏi xác cao Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trị quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta cịn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả đo đạc điều khiển thông số môi trường :nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với giai đoạn phát triển trồng Xuất phát từ vấn đề thực tiễn em nghiên cứu tiến hành thiết kế : “Hệ Thống Tưới Cây Tự Động theo độ ẩm’’ Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới tự động, từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu trồng nước ta có phương án đạt hiệu cao Kết cấu - Tổng quan đề tài - Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch điều khiển - Thiết kế hệ thống tưới tự động - Kết định hướng phát triển Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Các kết nghiên cứu kế thừa - Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mơ - Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn • Định hướng nghiên cứu - Nghiên cứu phần mềm lập trình mơ máy tính - Tìm phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu • Kiểm chứng - Chạy thử mơ hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi từ hồn thiện hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống bao gồm phần tử tự động nhằm điều khiển trình xảy thiên nhiên, sống mà khơng có tham gia trực tiếp người Hệ thống điều khiển tự động: tập hợp thành phần vật lý có mối liên quan tác động qua lại lẫn để huy, tự hiệu chỉnh điều khiển hệ thống khác Hệ thống điều khiển tự động xuất ngày phổ biến - Hệ thống điều hồ khơng 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 1.2.Vai trị tự động hóa q trình sản xuất Lịch sử hồn thiện công cụ, phương tiện sản xuất phát triển sở giới hóa điện khí hóa Khi có đột phá lĩnh vực cơng nghệ vật liệu điện tử tin học cơng nghệ tự động có hội phát triển mạnh mẽ, đem lại mn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó mấu chốt suất, chất lượng, giá thành Trong thực tiễn áp dụng tự động hóa vào sản xuất mang lại hiệu không nhỏ cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động, cải printf(lcd_putc,"\fTuoi cay"); delay_ms(1000); printf(lcd_putc,"\n Tu Dong"); delay_ms(1000); // TODO: USER CODE!! while(true) { delay_ms(100); Modify_time(); if(menu == 0) { Dieu_khien_bom(dh_do_am); ds1307_get_time(hour,min,sec); if(DHT_GetTemHumi(&dh_nhiet_do,&dh_do_am)) { printf(lcd_putc,"\fRH= %u%% T= %uoC",dh_do_am,dh_nhiet_do); printf(lcd_putc,"\n %u:%u:%u ",hour,min,sec); } } else if(menu == 1) { printf(lcd_putc,"\f chinh gio printf(lcd_putc,"\n %u:%u "); ",hour,min); } else if(menu == 2) { printf(lcd_putc,"\f chinh phut "); printf(lcd_putc,"\n %u:%u ",hour,min); } 46 else if(menu == 3) { printf(lcd_putc,"\f Gio tuoi printf(lcd_putc,"\n "); %u:%u ",hour_alarm_first,min_alarm_first); } else if(menu == 4) { printf(lcd_putc,"\f Phut tuoi "); printf(lcd_putc,"\n %u:%u ",hour_alarm_first,min_alarm_first); } else if(menu == 5) { printf(lcd_putc,"\f Gio tuoi "); printf(lcd_putc,"\n ",hour_alarm_second,min_alarm_second); %u:%u } else if(menu == 6) { printf(lcd_putc,"\f Phut tuoi "); printf(lcd_putc,"\n ",hour_alarm_second,min_alarm_second); %u:%u } else if(menu == 7) { printf(lcd_putc,"\f Muc am printf(lcd_putc,"\n %u "); ",H_level_1); } else if(menu == 8) { printf(lcd_putc,"\fThoi gian chay "); printf(lcd_putc,"\n %u ",TIMER_RUN_LEVER_1); 47 } else if(menu == 9) { printf(lcd_putc,"\f Muc am printf(lcd_putc,"\n %u "); ",H_level_2); } else if(menu == 10) { printf(lcd_putc,"\fThoi gian chay "); printf(lcd_putc,"\n %u ",TIMER_RUN_LEVER_2); } else if(menu == 11) { printf(lcd_putc,"\f Muc am printf(lcd_putc,"\n %u "); ",H_level_3); } else if(menu == 12) { printf(lcd_putc,"\fThoi gian chay "); printf(lcd_putc,"\n %u ",TIMER_RUN_LEVER_3); } else if(menu == 13) { printf(lcd_putc,"\f Muc am printf(lcd_putc,"\n %u "); ",H_level_4); } else if(menu == 14) { printf(lcd_putc,"\fThoi gian chay "); 48 printf(lcd_putc,"\n %u ",TIMER_RUN_LEVER_4); } } } void Modify_time(void) { if(input(MODE)== 0) { delay_ms(100); if(input(MODE)== 0) { menu ++; if(menu == 15) menu = 0; } } if(input(UP)== 0) { while(!input(UP)); if(menu == 1)// chinh gio { hour++; if(hour == 24) hour = 0; } else if(menu == 2)// chinh phut { min++; if(min == 60) = 0; } else if(menu == 3)// chinh gio hen thu nhat 49 { hour_alarm_first ++; if(hour_alarm_first == 24) hour_alarm_first = 0; } else if(menu == 4)// chinh phut hen thu nhat { min_alarm_first ++; if(min_alarm_first == 31) min_alarm_first = 0; } else if(menu == 5) // chinh gio hen thu { hour_alarm_second ++; if(hour_alarm_second == 24) hour_alarm_second = 0; } else if(menu == 6) // chinh phut hen thu { min_alarm_second ++; if(min_alarm_second == 31) min_alarm_second = 0; } else if(menu == 7) // chinh am khong che { H_level_1 ++; if(H_level_1 == 100) H_level_1 = 0; } else if(menu == 8) { TIMER_RUN_LEVER_1++; if(TIMER_RUN_LEVER_1== 30) TIMER_RUN_LEVER_1 = 0; } 50 else if(menu == 9) // chinh am khong che { H_level_2 ++; if(H_level_2 == 100) H_level_2 = 0; } else if(menu == 10) { TIMER_RUN_LEVER_2++; if(TIMER_RUN_LEVER_2== 30) TIMER_RUN_LEVER_2 = 0; } else if(menu == 11) // chinh am khong che { H_level_3 ++; if(H_level_3 == 100) H_level_3 = 0; } else if(menu == 12) { TIMER_RUN_LEVER_3++; if(TIMER_RUN_LEVER_3== 30) TIMER_RUN_LEVER_3 = 0; } else if(menu == 13) // chinh am khong che { H_level_4 ++; if(H_level_4 == 100) H_level_4 = 0; } else if(menu == 14) { TIMER_RUN_LEVER_4++; if(TIMER_RUN_LEVER_4== 30) TIMER_RUN_LEVER_4 = 0; 51 } ds1307_set_date_time( day, mth, year, dow, hour, min, sec); } if(input(DOWN)== 0) { while(!input(DOWN)); if(menu == 1)// chinh gio { hour ; if(hour == 255) hour = 23; } else if(menu == 2)// chinh phut { ; if(min == 255) = 59; } else if(menu == 3)// chinh gio hen thu nhat { hour_alarm_first ; if(hour_alarm_first == 255) hour_alarm_first = 0; } else if(menu == 4)// chinh phut hen thu nhat { min_alarm_first ; if(min_alarm_first == 255) min_alarm_first = 30; } else if(menu == 5) // chinh gio hen thu { hour_alarm_second ; 52 if(hour_alarm_second == 255) hour_alarm_second = 23; } else if(menu == 6) // chinh phut hen thu { min_alarm_second ; if(min_alarm_second == 255) min_alarm_second = 30; } else if(menu == 7) // chinh am khong che { H_level_1 ; if(H_level_1 == 255) H_level_1 = 100; } else if(menu == 8) { TIMER_RUN_LEVER_1 ; if(TIMER_RUN_LEVER_1== 255) TIMER_RUN_LEVER_1 = 30; } else if(menu == 9) // chinh am khong che { H_level_2 ; if(H_level_2 == 255) H_level_2 = 100; } else if(menu == 10) { TIMER_RUN_LEVER_2 ; if(TIMER_RUN_LEVER_2== 255) TIMER_RUN_LEVER_2 = 30; } else if(menu == 11) // chinh am khong che { 53 H_level_3 ; if(H_level_3 == 255) H_level_3 = 100; } else if(menu == 12) { TIMER_RUN_LEVER_3 ; if(TIMER_RUN_LEVER_3== 255) TIMER_RUN_LEVER_3 = 30; } else if(menu == 13) // chinh am khong che { H_level_4 ; if(H_level_4 == 255) H_level_4 = 100; } else if(menu == 14) { TIMER_RUN_LEVER_4 ; if(TIMER_RUN_LEVER_4== 255) TIMER_RUN_LEVER_4 = 30; } ds1307_set_date_time( day, mth, year, dow, hour, min, sec); } } int Thoi_gian_bom(int do_am) { int time_run; if(do_am